量子計算機首次成功模擬高能物理實驗

　　[導讀] 奧地利物理學家在22日出版的《自然》雜志上撰文稱，他們利用4個“量子比特”組成的量子計算機，實現了第一個高能物理實驗的完整模擬。他們表示，進一步擴大設備規模有望執行更復雜的計算。

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　　科技日報北京6月23日電 （記者劉霞）奧地利物理學家在22日出版的《自然》雜志上撰文稱，他們利用4個“量子比特”組成的量子計算機，實現了第一個高能物理實驗的完整模擬。他們表示，進一步擴大設備規模有望執行更復雜的計算。

　　在最新研究中，位于真空中的電磁場讓4個離子排成一行，每個離子編碼為1個量子比特，組成了一臺“菜鳥”量子計算機。研究人員用激光束操控離子的自旋，誘導離子執行邏輯運算。100多步計算后，科學家們成功對量子電動力學的一個簡化版預測進行了證實：能量轉化成物質，制造出一個電子和其反粒子（一個正電子）。

　　最新研究中的量子計算機僅有4個量子比特，但未來量子計算機的應用，可能需要數百個量子比特以及復雜的糾錯代碼。不過，實驗物理學家埃斯特班·馬丁內茲解釋稱，物理學模擬能容忍少量錯誤，30到40個量子比特或許就行。

　　他們希望未來能升級計算規模，以便能模擬強核力（讓夸克依附在一起形成質子和中子并最終形成原子核）。因斯布魯克大學理論物理學家克里斯汀·穆斯克稱，這可能要數年時間來突破硬件和研發新的量子算法。麻省理工學院（MIT）的量子計算專家約翰·基亞韋里尼則稱，如果不對實驗進行顯著修改，或很難擴大規模。

　　穆斯克已打算摒棄現有線性排列，使用離子的二維排列。擴大版的量子計算機有望解決多個問題，比如，幫助科學家理解兩個原子核的高速碰撞以及中子星甚至中微子等。

　　為了準確理解理論預測，物理學家們一般會進行計算模擬，再將模擬結果同實驗數據進行比較，以驗證理論是否正確。但穆斯克表示，大多數這類計算很難用傳統計算機模擬，在涉及強核力時尤其明顯。

　　很多科學家認為，目前仍處于研發初級階段的量子計算機未來能解決這一問題。與傳統計算機只用0和1儲存與處理數據不同，量子計算機的量子比特既可以是0和1，也可以是這兩者的疊加狀態。因此，理論上量子計算機的處理速度要遠遠大于傳統計算機。

　　總編輯圈點

　　我們對量子計算機所抱有的期望，包括強大、高速、節能，目前在這臺只有4個量子比特的計算機中還不可見。甚至在與傳統計算機的較量中贏了對手的量子計算機D-wave，造價也要達到對手的6000多倍，幾乎不具有實際應用的能力。但無論是在計算能力上超越傳統型，還是完整地模擬出一個物理實驗，量子計算機都在證明它們的算法是通用的，也是可行的——這就是有一天可能會改造成為實用型量子計算機的基礎。

劉霞