量子計算機首次模擬高能物理實驗

本實驗中科學家實現了4量子位量子計算機方案

6月27日電物理學家首次利用量子計算機完全模擬了製造成對粒子和反粒子的高能物理實驗。他們認為，這標誌著量子計算機在解決傳統電子計算機無法解決的問題方面邁出了第一步。

奧地利斯布魯克大學的一個研究小組在最近一期《自然》雜誌上報告說，這個實驗模擬的是能量轉化為物質時產生一個電子和一個正電子，兩者互為反粒子。

研究團隊採用了一種已經實驗證明可行的4量子位量子計算機方案：利用電磁場將4個離子在真空中排成一排，每個離子作為一個量子位，再用激光束操縱這些離子的自旋（即磁場指向），以此來實現計算機中基本的邏輯運算。

經過大約100個連續步驟，每個步驟持續時間不過幾毫秒，研究人員再通過數碼相機觀察這4個離子的狀態。他們發現，每個離子都代表了一個位置，其中兩個離子表示粒子，另兩個則表示反粒子，而離子的指向則顯示這個位置上是否產生了粒子或反粒子。

通過量子計算，研究人員證實了現有量子電動力學的某些推斷。「磁場越強，生成粒子和反粒子的速度也就越快，」參加這一研究的埃斯特萬·馬丁內斯說。

據馬丁內斯介紹，4量子位還只是最初步的量子計算機，將來的量子計算機或許需要數百量子位以及複雜的容錯編碼，「要使用量子計算機解決傳統計算機無法解決的問題，現在還為時過早，但我們已經朝這個方向邁出了第一步」。

傳統電子計算機以二進位系統的0或1運算並儲存數據，而量子計算機因循量子力學規律，既可以0或1、也可以0和1同時運算並儲存數據，實現高效並行計算。

量子計算機除可望極大提高運算速度外，還有望突破電子計算機所用大規模集成電路面臨的物理極限，同時解決高速運算帶來的發熱和能耗問題。不過現有量子計算機還無法用於通用目的，需要為特定運算編製程序。另外，量子位不穩定會導致結果不可預測，需要在材料、晶元設計和糾錯方面有所突破。

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