来自哈佛-麻省理工学院超冷原子中心(Harvard-MIT Center for ultra - cold Atoms)和其他一些大学的物理学家团队开发了一种特殊类型的量子计算机，称为可编程量子模拟器，能够以256个量子位运行。

该系统标志着朝着建造大规模量子机器的方向迈出了重要一步，成果最新发表在《自然》(Nature)杂志上。

量子机器可以用来揭示一系列复杂的量子过程，并最终帮助在材料科学、通信技术、金融和许多其他领域带来现实世界的突破，克服了当今最快的超级计算机都无法克服的研究障碍。量子位(Qubits)，是量子计算机运行的基本构件，也是其超强处理能力的来源。

哈佛量子计划(Harvard Quantum Initiative)的联合主任米哈伊尔鲁金(Mikhail Lukin)评价称：“这将该领域带入一个迄今为止没有人涉足过的新领域。”

这项研究的第一作者Sepehr Ebadi表示，该系统前所未有的规模和可编程性，使其处于量子计算机竞赛的前沿。它利用极小尺度下物质的神秘特性，来极大地提高处理能力。在适当的情况下，量子位的增加，意味着该系统可以比标准计算机运行的经典位存储和处理指数级多的信息。

“256量子位可能产生的量子态数量，超过了太阳系原子的数量。”Ebadi一语道破了这个系统的巨大规模。

这个模拟器，已经允许研究人员观察到一些以前从未在实验上实现过的奇异的物质量子态，并进行量子相变研究。这些实验提供了关于量子物理基础材料特性的有力见解，并可以帮助科学家们设计具有奇异特性的新材料。

该项目使用了研究人员在2017年开发的一个平台的显著升级版本，该平台能够达到51个量子位的大小。这个较旧的系统允许研究人员捕捉超冷的铷原子，并使用一种称为“光镊”(optical tweezers)的一维单独聚焦激光束阵列，将它们按特定的顺序排列。

而新系统则允许原子在二维光镊阵列中组装。这将可实现的系统大小从51个量子位增加到256个。利用“光镊”，研究人员可以将原子排列成无缺陷的模式，并创造出可编程的形状，如正方形、蜂窝状或三角形晶格，以设计量子位元之间的不同相互作用。

“这个新平台的主要设备是一种被称为空间光调制器(spatial light modulator)的设备，它被用来塑造一个光波前端( optical wavefront)，从而产生数百个单独聚焦的光镊光束。”Ebadi说“这些设备本质上与计算机投影仪中用于在屏幕上显示图像的设备相同，但我们已经将它们改造成我们的量子模拟器的关键组件。”

原子在光镊中的初始载荷是随机的，研究人员必须移动原子以使其排列成目标几何形状。研究人员使用第二组移动的光镊将原子拖到它们想要的位置，消除了初始的随机性。激光让研究人员完全控制原子量子位元的位置及其相干量子操纵。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://phys.org/news/2021-07-team-quantum-simulator-qubits-largest.html

http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03582-4

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