頂科前沿｜模擬量子計算機

第三屆世界頂尖科學家論壇（WLF）特別設立了科學前沿話題講堂，邀請12位前沿科技領域的科學家，向公衆介紹最新研究進展，暢談科學爲人類帶來的福祉。

進入2021，應對人類面臨的共同挑戰，讓我們再現別開生面的“科學盛宴”，重溫科學家的精彩演說。今天回訪的是2013年沃爾夫物理學獎得主伊格納西奧·西拉克（Ignacio Cirac）。

量子計算是近年科學界的熱門領域。隨着谷歌“懸鈴木”、中科大“九章”先後在不同領域實現量子優越性，量子計算也進入了大衆的視野。作爲量子計算和量子信息理論領域的先驅之一，西拉克以量子多體問題爲例，介紹了量子計算爲何能解決普通計算機無法解決的問題。

西拉克教授基本資料 圖 | WLF獨家

西拉克介紹說，從低溫化學反應、新材料研發到高能物理，量子多體問題在科學領域基本上無處不在，但用普通計算機很難解決這些問題。

40年前，理查德·費曼（Richard Feynman）已經意識到這一點：由於量子處於疊加態，需要指定各種各樣的係數，每種可能的結構都要有一個係數。如果在普通計算機中存儲所有這些係數並進行計算，所需的內存和計算時間隨粒子數增加而呈指數型增長。當達到10或20個粒子之後，普通計算機就無法勝任了。

費曼同時也提供瞭解決方案——使用量子系統本身計算量子多體系統。

模擬量子計算機，西拉克稱之爲類比量子模擬，它是量子計算機的模擬版本：“使用一個你能很好控制的量子系統，然後讓系統以你想解決的問題的方式運行。”

“例如，你想解決一個材料科學的問題，通過另一個你很熟悉並可以控制的量子模擬出的系統，設計交互，使得系統的行爲與你想解決的問題一樣。然後它將涉及到你想要解決的問題的動態變化並進行測量，這就是避免運算量指數上升的方法。”

西拉克着重介紹了使用光學晶格中的冷原子進行模擬量子計算的方法。科學家用這種方法，模擬凝聚態物理、高能物理和量子化學領域的問題。

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責編｜小文