芝加哥大學(xué)：能將IBM最大的量子計(jì)算機(jī)本身變成一種量子材料

在《物理評(píng)論研究》上發(fā)表的一項(xiàng)突破性研究中，芝加哥大學(xué)的一組科學(xué)家宣布，他們能夠?qū)BM最大的量子計(jì)算機(jī)本身變成一種量子材料。

他們對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程，使其變成一種叫做激子凝聚物的量子材料，這種材料最近才被證明存在。這種凝結(jié)物因其在未來(lái)技術(shù)中的潛力而被確認(rèn)，因?yàn)樗鼈兛梢砸詭缀趿銚p耗的方式傳導(dǎo)能量。這如此令人興奮的原因是，它表明你可以使用量子計(jì)算機(jī)作為可編程實(shí)驗(yàn)本身。

世界各地科學(xué)家近幾年來(lái)探索物理學(xué)中一種叫做激子凝聚體的狀態(tài)。物理學(xué)家們對(duì)這類新奇的物理狀態(tài)非常感興趣，部分原因是過(guò)去的發(fā)現(xiàn)塑造了重要技術(shù)的發(fā)展；例如，一種叫做超導(dǎo)體的物質(zhì)構(gòu)成了核磁共振成像機(jī)的基礎(chǔ)。

雖然半個(gè)世紀(jì)前就已經(jīng)預(yù)測(cè)到了激子凝聚體，但直到最近，還沒(méi)有人能夠在實(shí)驗(yàn)室中真正使其工作，而不必使用極強(qiáng)的磁場(chǎng)。但它們讓科學(xué)家們很感興趣，因?yàn)樗鼈兛梢院翢o(wú)損耗地傳輸能量，這是我們所知的其他材料都做不到的。如果物理學(xué)家更好地理解它們，它們有可能最終形成令人難以置信的節(jié)能材料的基礎(chǔ)。

為了制造激子凝結(jié)物，科學(xué)家們將一種由粒子晶格組成的材料，冷卻到華氏零下270度以下，然后哄騙它形成稱為激子的粒子對(duì)。然后，他們使這些粒子對(duì)變得糾纏在一起，這是一種量子現(xiàn)象，粒子的命運(yùn)被綁在一起。但這一切都非常棘手，科學(xué)家們只能創(chuàng)造出少數(shù)幾次激子凝結(jié)物。激子凝聚物是最量子力學(xué)的狀態(tài)之一，這意味著它與科學(xué)家們習(xí)慣于處理的經(jīng)典物理學(xué)日常屬性相差非常非常遠(yuǎn)。

現(xiàn)在IBM將其量子計(jì)算機(jī)提供給世界各地的人測(cè)試他們的算法；該公司同意將其最大的、名為羅切斯特的量子計(jì)算機(jī)借給芝加哥大學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。研究生LeeAnn Sager和Scott Smart寫了一套算法，把羅切斯特的每個(gè)量子位都當(dāng)作一個(gè)激子。量子計(jì)算機(jī)是通過(guò)糾纏其位來(lái)工作的，所以一旦計(jì)算機(jī)處于活躍狀態(tài)，整個(gè)就變成了激子凝結(jié)體。

LeeAnn Sager表示，這是一個(gè)非?？岬慕Y(jié)果，部分原因是我們發(fā)現(xiàn)，由于目前量子計(jì)算機(jī)的噪聲，凝結(jié)物并不是作為一個(gè)單一的大凝結(jié)物出現(xiàn)的，而是一個(gè)較小的凝結(jié)物的集合。這項(xiàng)研究表明，量子計(jì)算機(jī)可以成為研究激子凝聚物本身的有用平臺(tái)。我們有能力對(duì)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程，使其像激子凝聚物一樣行動(dòng)，這可能對(duì)激發(fā)或?qū)崿F(xiàn)激子凝聚物的潛力，比如節(jié)能材料非常有幫助。

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