NIST 的量子模拟器模拟数百个量子比特的相互作用

这是一种先有鸡还是先有蛋的问题，计算机科学家和物理学家追求量子计算机的众多原因之一就是对量子系统本身进行建模。即使是在最大的传统超级计算机上，对只有几十个粒子的系统的一些量子特性进行建模也是不可能的，而对新材料和更高水平科学的追求要求我们找到一种方法来做到这一点。因此，值得注意的是，美国国家标准与技术研究所 (NIST) 的物理学家已经构建了一个可以模拟数百个量子比特之间相互作用的量子模拟器。

这绝不是量子计算的终极目标，但这是一个令人兴奋的进步。NIST 模拟器基本上是一层铍离子，数百个铍离子分布在一个直径不到一毫米的圆形平面上，悬停在一个称为彭宁阱的腔室内。在这种情况下，量子比特（或量子位）是每个离子的最外层电子，它充当经典比特的量子等价物，即 0 或 1（在量子背景下，或同时是两者）。

通过用激光将离子冷却到接近绝对零度，然后用精心定时的微波和激光脉冲冲击它们，NIST 物理学家能够让电子以受控的方式相互作用，至少在数学上模拟无法在实验室中实际研究的复杂量子系统。因此，它更像是一个量子系统模拟器，而不是真正的量子计算机，但它仍然令人兴奋。这种模拟可以帮助物理学家模拟和研究极其复杂和令人惊叹的理论材料，比如高温超导体，它有朝一日可以在电网中将电能传输到很远的地方，而不会以热量的形式损失太多。

NIST 报告称，早期的基准测试实验对这个量子模拟来说效果不错，但为了测试他们的创造实验，必须使用相对较弱的电子间相互作用进行，因​​为系统必须足够简单，才能被经典计算机确认。在这里，物理学家们遇到了量子计算领域面临的一个关键问题。

为了检验第一台量子计算机（或模拟器）的有效性，科学家需要一台可以运行的量子计算机——这一悖论将导致在构建真正的量子计算平台的过程中出现一些反复。早期的量子突破将产生代数问题，而对于这些问题，不可能通过逆向计算来检验答案的准确性。但嘿，这是量子物理学和计算机科学的前沿——而且确定性无论如何都很无聊。

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