(資料圖片)
美英科學(xué)家合作發(fā)明了一種可擴(kuò)展的新型模擬量子計(jì)算機(jī),有望用于解決現(xiàn)有最強(qiáng)大的數(shù)字超級(jí)計(jì)算機(jī)也無(wú)法解決的物理學(xué)前沿難題,例如幫助科學(xué)家更好地理解超導(dǎo)性,最終找到在室溫下具有超導(dǎo)性的材料。相關(guān)研究刊發(fā)于最新一期《自然·物理學(xué)》雜志。
在最新研究中,斯坦福大學(xué)、美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室以及愛(ài)爾蘭都柏林大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)出金屬—半導(dǎo)體混合組件,并將其整合到納米電子電路內(nèi),得到了新的量子設(shè)備。
研究人員解釋說(shuō),模擬設(shè)備的基本原則是創(chuàng)建一種與想要解決的問(wèn)題類(lèi)似的硬件,而非為可編程數(shù)字計(jì)算機(jī)編寫(xiě)代碼。例如,可通過(guò)構(gòu)建一個(gè)太陽(yáng)系的力學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)行星的運(yùn)動(dòng)以及日食發(fā)生的時(shí)間。20世紀(jì)晚期,模擬設(shè)備被用于解決當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的數(shù)字計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的數(shù)學(xué)計(jì)算。
但要解決量子物理問(wèn)題,模擬設(shè)備需要包含量子組件。新研制的量子模擬器體系結(jié)構(gòu)包括擁有納米元件的電子電路,這些元件受量子力學(xué)定律的控制。重要的是,科學(xué)家可制造許多這樣的組件,每個(gè)組件的行為基本上與其他組件相同,這就使最新設(shè)計(jì)能從單個(gè)單元擴(kuò)展到大型網(wǎng)絡(luò),朝開(kāi)發(fā)出新一代可擴(kuò)展固態(tài)模擬量子計(jì)算機(jī)邁出了關(guān)鍵一步。
研究人員指出,將量子模擬器從兩個(gè)納米級(jí)組件擴(kuò)展到許多納米級(jí)組件,可為當(dāng)前計(jì)算機(jī)無(wú)法處理的更復(fù)雜的系統(tǒng)建模,最終幫助揭示宇宙中一些最令人費(fèi)解的謎團(tuán)。
【總編輯圈點(diǎn)】
我們可將量子模擬器視為一種特殊類(lèi)型的量子計(jì)算機(jī)。憑借對(duì)納米級(jí)物質(zhì)的控制能力,科學(xué)家可以運(yùn)用量子相關(guān)原理,解決一個(gè)特定要解決的問(wèn)題,比如文中想要探索的宇宙謎題。由于模擬器的元件實(shí)際上都是受量子力學(xué)定律所控制,其可以進(jìn)入常規(guī)計(jì)算機(jī)所無(wú)法到達(dá)的領(lǐng)域,同時(shí),也為真正成型的量子計(jì)算機(jī)問(wèn)世鋪路。