一個由哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的研究人員合作的小組，采用光鑷把作為量子比特的低溫銣原子排布成需要的各種幾何形狀，造出具有256個量子比特的量子模擬器，是同類技術(shù)中目前為止規(guī)模最大的一個。

　　《自然》期刊7月7日刊登了這項研究成果。項目的負責(zé)人之一哈佛大學(xué)物理學(xué)家盧金說：“這項成果進入了一個至今無人涉足的領(lǐng)域?！?/p>

　　研究報告的主要撰寫者埃巴迪介紹說，規(guī)模最大和具有可編程性是這套系統(tǒng)最引人注目的成就。在合適的條件下，擁有256個量子比特的系統(tǒng)比起使用傳統(tǒng)比特的電腦，所能處理的信息量呈指數(shù)級增長。

　　“256個量子比特系統(tǒng)能處理的量子態(tài)的數(shù)量，比太陽系內(nèi)原子的總數(shù)還多?！卑０偷先绱诵稳葸@個系統(tǒng)所能應(yīng)對的大容量信息。比特是傳統(tǒng)電腦的基本信息單位，量子比特就是量子電腦的基本單位。

　　研究稱這個模擬器已經(jīng)幫助他們實驗觀測了物質(zhì)的幾個奇特的量子態(tài)，都是以前的實驗無法觀測到的，比如磁性在量子水平上如何運作。這些實驗有助于探索各種材料的量子物理特性，以開發(fā)具有各種新特性的高級材料。

　　這套系統(tǒng)是在研究組2017年的成果上進一步發(fā)展而來，當(dāng)時研究組造出的系統(tǒng)具有51個量子比特。那套系統(tǒng)使用一維光鑷順序排布低溫銣原子。光鑷，也叫光學(xué)鑷子或光鉗，是一種通過高度聚焦激光束產(chǎn)生力量移動微小物體的設(shè)備。

　　新系統(tǒng)使用二維光鑷操作銣原子，從而把系統(tǒng)的規(guī)模從51個量子比特增加到256個。由于光鑷操作的精確度，研究人員可以排布出無瑕疵的分布形狀，例如方形、蜂窩形或三角格子形等，并讓不同的量子比特之間產(chǎn)生不同的互動。

　　“這套新系統(tǒng)的一個重要部件是名為空間光調(diào)制器的設(shè)備，用于產(chǎn)生數(shù)百個高度聚焦的光鑷激光束。這些設(shè)備其實就和投影器把圖像投影到屏幕上的原理一樣，只不過我們把它改造用于我們的量子模擬器?！?/p>

　　研究稱，原子剛載入光鑷的時候是無序的狀態(tài)，先要把它們按照需要的幾何圖形布局，然后再用光鑷把原子精確定位。研究稱，激光在幫助他們精確定位的同時，又不會破壞這些原子的量子相干性。

　　合作研究員之一哈佛物理學(xué)家王濤說：“建造更大、更好的量子計算機是一個全球競爭的領(lǐng)域，我們的工作是里面的一部分，包括谷歌（Google）、IBM、亞馬遜（Amazon）等多家頂尖的私有機構(gòu)都在進行研究?！?/p>

　　這個項目組目前在繼續(xù)改善激光對量子比特的控制力，從而進一步提升其編程的能力，并開始探索這樣規(guī)模的量子模擬器可以適用于哪些實際的領(lǐng)域。

　　埃巴迪說：“這項研究提供了多個全新的科研方向，我們還遠未觸及這樣的系統(tǒng)能力所能達到的極限。”