美國哈佛大學—麻省理工學院超冷原子中心領(lǐng)導的國際物理學家團隊在最新一期《自然》雜志刊文稱，他們開發(fā)出了一種特殊類型的量子計算機——可編程量子模擬器，其能運行256個量子比特。該系統(tǒng)的面世標志著科學家朝構(gòu)建大規(guī)模量子機器邁出重要一步，可用于闡明一系列復雜的量子過程，并最終幫助科學家在材料科學、通信技術(shù)等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。

該研究的主要作者塞弗·阿巴迪說，新系統(tǒng)空前的規(guī)模和可編程性使其脫穎而出。在適當情況下，增加量子比特的數(shù)量意味著系統(tǒng)可存儲和處理更多信息。量子比特是量子計算機運行的基本模塊。資深作者之一、哈佛量子計劃聯(lián)席主任米哈伊爾·盧金則表示：“我們的最新研究將量子計算機帶入一個迄今無人涉足的新領(lǐng)域，我們正邁入量子世界的全新領(lǐng)域。”

新量子模擬器的關(guān)鍵組件是一種稱為空間光調(diào)制器的設(shè)備，它用于形成光波以產(chǎn)生數(shù)百個單獨聚焦的光鑷光束。此外，研究人員還使用一套移動的光鑷將原子拖到他們想要的位置，消除了原子放入光鑷時的隨機性。激光則使他們能完全控制原子量子比特的方位及其相干量子操作。

研究人員解釋稱，他們的新系統(tǒng)使原子能被組裝成二維光鑷陣列，將系統(tǒng)可運行的量子比特的數(shù)量從51個增加到256個。而且，他們可將原子排列成無缺陷的圖案，并創(chuàng)建出可編程的形狀，如正方形、三角形晶格等，以設(shè)計不同量子比特之間的相互作用。

研究人員表示，他們已經(jīng)借助這個模擬器觀察到了一些以前從未在實驗室看到的奇異量子態(tài)，并進行了精確的量子相變研究，為磁性在量子水平上如何起作用提供了教科書范例。這些實驗能幫助科學家更好地理解材料特性，從而設(shè)計出擁有奇異特性的新材料。

他們目前正致力于通過改進激光對量子比特的控制并使系統(tǒng)更具可編程性來優(yōu)化新系統(tǒng)，同時也在積極探索該系統(tǒng)新的應用，希望籍此其解決更多實際問題。

近年來，量子計算機領(lǐng)域新成果不斷。此前有巨頭公司宣布開放擁有53個量子比特的可商用量子計算機，如今又有可運行256個量子比特的可編程量子模擬器。量子比特是量子計算機的最基本量子信息單元，因此要提升量子計算機的性能，增加可運行的量子比特的數(shù)量是必經(jīng)之路。不過另一個方面也不容忽視：即不斷提升量子比特的質(zhì)量，增加量子保真度，延長量子相干性的保持時間。(記者 劉霞)