科學(xué)家們使用量子計(jì)算機(jī)對(duì)兩種量子材料進(jìn)行大規(guī)模模擬。這些研究涉及大約2,000個(gè)量子比特或量子比特 - 比大多數(shù)量子計(jì)算機(jī)中可用的數(shù)十個(gè)量子比特多得多。

結(jié)果發(fā)表在最近的兩項(xiàng)科學(xué)與自然研究中，提供了物理學(xué)家理查德費(fèi)曼的愿景的新實(shí)現(xiàn)，他希望使用量子計(jì)算機(jī) - 而不是基于標(biāo)準(zhǔn)或經(jīng)典物理的計(jì)算機(jī) - 來模擬量子系統(tǒng)和研究他們的行為。“自然不是經(jīng)典的，該死的，如果你想模擬大自然，你最好把它變成量子力學(xué)，”他在1981年著名的說道。

該模擬在由加拿大Burnaby 的D-Wave Systems公司制造的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，提供了一種研究古典計(jì)算機(jī)難以復(fù)制的現(xiàn)象的方法。麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家塞思勞埃德說：“這些都是非常漂亮的科學(xué)。” 研究人員“能夠再現(xiàn)各種預(yù)測現(xiàn)象”。

然而，D-Wave的機(jī)器引起了懷疑，一些物理學(xué)家并不相信新結(jié)果的重要性。

在8月22日發(fā)表在“ 自然”雜志上的一項(xiàng)研究中，D-Wave物理學(xué)家描述了模擬二維??磁性材料的物理特性，確定了當(dāng)溫度下降時(shí)，稱為漩渦的漩渦狀缺陷在材料中配對(duì)的過渡。這一相變的理論預(yù)測獲得了2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這一現(xiàn)象與超導(dǎo)體的物理學(xué)相關(guān)，超導(dǎo)體是在低溫下無電阻傳輸電的材料。模擬結(jié)果與經(jīng)典計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的模擬輸出相匹配。

7月13日在“ 科學(xué)”雜志上發(fā)表的另一項(xiàng)模擬重復(fù)了當(dāng)研究人員改變應(yīng)用磁場等變量時(shí)，在不同磁相之間轉(zhuǎn)換的三維材料的行為。觀察到的相包括稱為旋轉(zhuǎn)玻璃的無序狀態(tài)。

其他團(tuán)隊(duì)以前曾使用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，但這些模擬涉及較少的量子比特。“在這個(gè)規(guī)模上，這是第一次完成這種類型的計(jì)算，” 自然研究的合著者D-Wave首席科學(xué)家Mohammad Amin說。量子比特越多，物理學(xué)家可以模擬的粒子就越多，這使得計(jì)算機(jī)可以更好地模擬當(dāng)許多原子在固體材料中聚集時(shí)產(chǎn)生的物理特性。

自2011年開始商業(yè)銷售，D-Wave的電腦引發(fā)了爭議。科學(xué)家一直在爭論量子機(jī)器是否真的表現(xiàn)出量子行為 - 例如被稱為糾纏的遠(yuǎn)程粒子之間的幽靈聯(lián)系 - 以及計(jì)算機(jī)是否能比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快地工作。

新的結(jié)果通過暗示量子效應(yīng)確實(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部發(fā)生，從而提升了D-Wave的可信度。洛杉磯南加州大學(xué)的物理學(xué)家Daniel Lidar說：“他們似乎正在使用量子過程來模擬另一個(gè)量子過程。” 雖然結(jié)果沒有提供計(jì)算機(jī)表現(xiàn)出量子效應(yīng)的直接證據(jù)，但“如果完全經(jīng)典的話，這似乎不太可能成功。”

不過，一些懷疑論者對(duì)結(jié)果不以為然?？屏_拉多州博爾德的JILA研究中心的物理學(xué)家格雷姆·史密斯說：“他們根本沒有解決它是否是一個(gè)量子系統(tǒng)。”新的研究并沒有試圖解決D-Wave的問題。比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行速度更快。

D-Wave的量子計(jì)算機(jī)是一種基于量子退火過程的專用類型。雖然谷歌，IBM，英特爾和其他公司目前正在開發(fā)的計(jì)算機(jī)旨在用于通用目的，并且可以執(zhí)行目前不可能完成的任務(wù)，例如打破數(shù)據(jù)加密方案，但量子退火計(jì)算機(jī)很有用。主要用于解決稱為優(yōu)化問題的某類問題，其中計(jì)算機(jī)必須在眾多可能性中選擇最佳選擇。D-Wave計(jì)算機(jī)已經(jīng)被用于解決這些問題，例如篩選粒子對(duì)撞機(jī)數(shù)據(jù)，檢測航拍圖像中的樹木以及選擇出租車在北京周圍旅行的最佳路線。

利用D-Wave模擬量子系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)開辟了新的可能性，美國宇航局位于加利福尼亞州莫菲特球場的美國宇航局艾姆斯研究中心的大學(xué)空間研究協(xié)會(huì)量子人工智能實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家大衛(wèi)德文圖雷利說。這些研究“將提供很多想法關(guān)于如何處理D-Wave機(jī)器的人。“