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“侯世达蝴蝶”能谱图 资料图片 |
量子计算是当前人们关注的前沿研究，也是实用性颇强的研究之一，量子计算有着极大的潜在应用价值。但大规模的量子计算要想实现真正的实用价值，还需要开发出操纵更加精确、效率足够高的量子芯片等制备，并有更精准的相应测控。 最近发表在《物理评论快报》上的一篇论文称，中国科学院物理研究所固态量子信息与计算实验室研究员范桁、副研究员许凯，与中国科学院物理研究所量子计算研究中心研究员郑东宁、副主任工程师相忠诚等合作，研发出超40比特的一维超导量子芯片，成功模拟了“侯世达蝴蝶”能谱以及各种新奇拓扑零模式。 这是“量子模拟”实验的典型案例。量子模拟就是通过调控量子芯片构建一些重要的多体模型，对真实物质或材料体系的各种新奇物理特性进行模拟仿真和计算，以解决能源、材料等领域的一系列重要问题。 “侯世达蝴蝶”是一种经典的数学图形，它因形状类似于一只长着许多翅膀的蝴蝶而得名，是科学家侯世达在研究一个数学问题时发现并创造的，已被广泛应用于数学和物理学领域。如今这个超导量子芯片因成功模拟了这一图形，取“庄周梦蝶”之意，又被称为“庄子芯片”。 研究人员称，超导量子芯片运行量子算法速度非常快，但它也非常脆弱，其稳定运算的时间非常短。研究人员形容这个过程“就好像是在夏天堆雪人，需要用非常快的速度，赶在雪融化之前就把雪人堆出来”。为了避免热量（噪声）对量子态的干扰，这个量子模拟过程需要在极低温环境里进行的，制冷机的温度比绝对零度（零下273.15℃）仅高了0.01℃。这种极低的温度可以使芯片转变为无损的超导态并有效抑制芯片周围的环境噪声和热噪声，从而呈现量子效应，让科研人员更好地操控量子效应。 许凯表示，虽然目前量子芯片只能完成一些特定任务，而且还未达到超越经典计算的量子优势，但是通过量子模拟的实验，可以积累各种操控技术、探索和展示量子计算的各种应用场景，这对未来量子计算机的实现和应用都是非常有价值的。他说量子计算是一个交叉学科，呼吁各方面人才的积极参与。 （浩源）
