量子计算机模拟两种奇怪的材料

科学家们使用量子计算机对两种量子材料进行大规模模拟。这些研究涉及大约2,000个量子比特或量子比特 - 比大多数量子计算机中可用的数十个量子比特多得多。

结果发表在最近的两项科学与自然研究中，提供了物理学家理查德费曼的愿景的新实现，他希望使用量子计算机 - 而不是基于标准或经典物理的计算机 - 来模拟量子系统和研究他们的行为。“自然不是经典的，该死的，如果你想模拟大自然，你最好把它变成量子力学，”他在1981年着名的说道。

该模拟在由加拿大Burnaby 的D-Wave Systems公司制造的计算机上进行，提供了一种研究古典计算机难以复制的现象的方法。麻省理工学院的物理学家塞思劳埃德说：“这些都是非常漂亮的科学。” 研究人员“能够再现各种预测现象”。

然而，D-Wave的机器引起了怀疑，一些物理学家并不相信新结果的重要性。

在8月22日发表在“ 自然”杂志上的一项研究中，D-Wave物理学家描述了模拟二维​​磁性材料的物理特性，确定了当温度下降时，称为漩涡的漩涡状缺陷在材料中配对的过渡。这一相变的理论预测获得了2016年诺贝尔物理学奖，这一现象与超导体的物理学相关，超导体是在低温下无电阻传输电的材料。模拟结果与经典计算机上进行的模拟输出相匹配。

7月13日在“ 科学”杂志上发表的另一项模拟重复了当研究人员改变应用磁场等变量时，在不同磁相之间转换的三维材料的行为。观察到的相包括称为旋转玻璃的无序状态。

其他团队以前曾使用量子计算机进行模拟，但这些模拟涉及较少的量子比特。“在这个规模上，这是第一次完成这种类型的计算，” 自然研究的合着者D-Wave首席科学家Mohammad Amin说。量子比特越多，物理学家可以模拟的粒子就越多，这使得计算机可以更好地模拟当许多原子在固体材料中聚集时产生的物理特性。

自2011年开始商业销售，D-Wave的电脑引发了争议。科学家一直在争论量子机器是否真的表现出量子行为 - 例如被称为纠缠的远程粒子之间的幽灵联系 - 以及计算机是否能比传统计算机更快地工作。

新的结果通过暗示量子效应确实在计算机内部发生，从而提升了D-Wave的可信度。洛杉矶南加州大学的物理学家Daniel Lidar说：“他们似乎正在使用量子过程来模拟另一个量子过程。” 虽然结果没有提供计算机表现出量子效应的直接证据，但“如果完全经典的话，这似乎不太可能成功。”

不过，一些怀疑论者对结果不以为然。科罗拉多州博尔德的JILA研究中心的物理学家格雷姆·史密斯说：“他们根本没有解决它是否是一个量子系统。”新的研究并没有试图解决D-Wave的问题。比传统计算机执行速度更快。

D-Wave的量子计算机是一种基于量子退火过程的专用类型。虽然谷歌，IBM，英特尔和其他公司目前正在开发的计算机旨在用于通用目的，并且可以执行目前不可能完成的任务，例如打破数据加密方案，但量子退火计算机很有用。主要用于解决称为优化问题的某类问题，其中计算机必须在众多可能性中选择最佳选择。D-Wave计算机已经被用于解决这些问题，例如筛选粒子对撞机数据，检测航拍图像中的树木以及选择出租车在北京周围旅行的最佳路线。

利用D-Wave模拟量子系统为计算机开辟了新的可能性，美国宇航局位于加利福尼亚州莫菲特球场的美国宇航局艾姆斯研究中心的大学空间研究协会量子人工智能实验室的物理学家大卫德文图雷利说。这些研究“将提供很多想法关于如何处理D-Wave机器的人。“