新型模拟量子计算机解决以前无法解决的问题

　　物理学家发明了一种新型的模拟量子计算机，可以解决最强大的数字超级计算机无法解决的难题
　　美国斯坦福大学和爱尔兰都柏林大学（UCD）的科学家合作发表在《自然物理学》上的一项新研究表明，一种新型的高度专业化的模拟计算机，其电路具有量子组件，可以解决量子物理学前沿的问题以前无法触及。当扩大规模时，这些设备可能能够揭示物理学中一些最重要的未解决的问题。
　　例如，科学家和工程师长期以来一直希望更好地了解超导性，因为现有的超导材料例如用于MRI机器，高速列车和长距离节能电力网络的材料目前只能在极低的温度下运行，限制了它们的更广泛使用。材料科学的圣杯是找到在室温下超导的材料，这将彻底改变它们在一系列技术中的使用。
　　安德鲁米切尔博士是ucd量子工程，科学和技术中心（CQuEST）的主任，ucd物理学院的理论物理学家，也是该论文的合著者。
　　他表示，某些问题太复杂了，即使是最快的数字经典计算机也无法解决。对高温超导体等复杂量子材料的精确模拟是一个非常重要的例子这种计算远远超出了当前的能力，因为模拟真实模型的属性需要指数级的计算时间和内存要求。
　　然而，推动数字革命的技术和工程进步带来了前所未有的纳米级物质控制能力。这使我们能够设计专门的模拟计算机，称为量子模拟器，通过利用其纳米级组件固有的量子力学特性来解决量子物理学中的特定模型。虽然我们还没有能够构建出具有足够能力来解决物理学中所有开放问题的通用可编程量子计算机，但我们现在能做的是构建具有量子组件的定制模拟设备，可以解决特定的量子物理问题。
　　这些新量子器件的架构涉及混合金属半导体组件，由斯坦福大学，ucd和能源部SLAC国家加速器实验室（位于斯坦福大学）的研究人员设计。由DavidGoldhaberGordon教授领导的斯坦福大学实验纳米科学小组建造并操作了该设备，而理论和建模则由ucd的Mitchell博士完成。
　　斯坦福大学材料与能源科学研究所（StanfordInstituteforMaterialsandEnergySciences）研究员戈德哈伯戈登（GoldhaberGordon）教授说：我们一直在制作数学模型，希望能够捕捉到我们感兴趣的现象的本质，但即使我们相信它们是正确的，它们通常也无法在合理的时间内解决。
　　有了量子模拟器，研究人员有这些旋钮可以转动，这是以前没有人有过的。为什么选择模拟？
　　GoldhaberGordon说，这些模拟设备的基本思想是构建一种硬件类比，用于你想要解决的问题，而不是为可编程数字计算机编写一些计算机代码。例如，假设您想预测行星在夜空中的运动和日食的时间。你可以通过构建太阳系的机械模型来做到这一点，其中有人转动曲柄，旋转的互锁齿轮代表月球和行星的运动。
　　事实上，这种机制是在2000多年前希腊岛屿海岸附近的一艘古老沉船中发现的。该设备可以看作是非常早期的模拟计算机。
　　模拟机器甚至一直用于数学计算，这对于当时最先进的数字计算机来说太难了。
　　但要解决量子物理问题，这些设备需要涉及量子组件。新的量子模拟器架构涉及具有纳米级组件的电子电路，其性质受量子力学定律的支配。重要的是，可以制造许多这样的组件，每个组件的行为与其他组件基本相同。
　　这对于量子材料的模拟仿真至关重要，其中电路中的每个电子元件都是被仿真原子的代理，其行为类似于人造原子。正如材料中相同类型的不同原子的行为相同一样，模拟计算机的不同电子元件也必须相同。
　　因此，新设计为将技术从单个单元扩展到能够模拟体量子物质的大型网络提供了一条独特的途径。此外，研究人员表明，可以在此类设备中设计新的微观量子相互作用。这项工作是朝着开发新一代可扩展固态模拟量子计算机迈出的一步。量子第一
　　为了使用新的量子模拟器平台展示模拟量子计算的强大功能，研究人员首先研究了由两个耦合在一起的量子组件组成的简单电路。
　　该设备模拟了两个原子通过特殊的量子相互作用耦合在一起的模型。通过调整电压，研究人员能够产生一种新的物质状态，其中电子似乎只有其通常电荷的13部分所谓的Z3副费米子。这些难以捉摸的状态已被提出作为未来拓扑量子计算的基础，但以前从未在实验室中在电子设备中创建过。
　　通过将量子模拟器从两个纳米级组件扩展到许多纳米级组件，r们希望可以模拟当前计算机无法处理的更复杂的系统，这可能是最终解开我们量子宇宙中一些最令人困惑的奥秘的第一步。