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马里兰大学量子模拟器中出现荧光灯，揭示了实验结果。马里兰大学，

50多个原子嗡嗡地穿过一个空旷的空间。看不见的力线-量子磁性-把它们连在一起。一个摇晃，另一个同情地摇晃。像敲钟一样敲响另一首歌，其他人会用不同的音调或较慢的速度来唱这首歌。任何一个原子上的每一个动作都会在50个原子中相互影响。这是一个微妙而复杂的小世界。“KDSPE”“KDSPs”在我们这个更大的世界中有限制，使这种诡计难以捉摸。例如，没有什么比光速更快的运动，也没有任何冰点比绝对零度更冷。另一个限制是：我们笨重的经典计算机无法预测50个相互作用原子组成的小世界会发生什么。

问题不是我们的计算机不够大；如果这个数字是20个原子，你可以在你的笔记本电脑上运行模拟。但是在这个过程中的某个地方，当这个小世界膨胀到包含50个原子时，预测它们的行为对于你的笔记本电脑，或者任何一台普通的电脑来说都是很难解决的问题。即使是人类将要建造的最大的传统超级计算机，也将永远迷失在错综复杂的计算之中——不管它最终可能给出什么答案，都可能要等到宇宙热死后很久才会出现。[物理学中18个最大的未解之谜]

，然而，这个问题刚刚得到解决。

实际上有两次。

两个实验室，一个在哈佛大学，一个在马里兰大学(UMD)，建造了能够在这个尺度上模拟量子磁的机器。

他们的结果，11月29日发表在《自然》杂志上的两篇论文展示了两台特殊的量子计算机的能力，它们的能力远远超出了任何传统的或以前建造的量子计算机所能完成的任务。工具

指的是他实验室里的机器，Mikhail Lukin是哈佛大学的研究小组告诉《现场科学》，“它基本上是一个量子模拟器。”

这意味着计算机是为一个特定的任务而构建的：研究量子系统的演化。它不会破坏世界银行的加密代码，找到山脉中的最高峰，也不会完成一般量子计算机适合的任何其他任务。

取而代之的是，哈佛和UMD机器确实擅长解决一种特殊的问题：如果一个复杂的量子系统从一个国家，它将如何移动和发展？”

这是一个很窄的问题，但在解决这个问题的过程中，研究人员正在开发新的技术，并在物理学上取得新的发现，这将使计算机变得更加复杂，这将完成更令人印象深刻的任务。两种不同的机器

马里兰和哈佛的量子模拟器在很多方面都是相似的。他们解决同样的问题。他们使用单个原子作为量子比特——量子计算机的基本单位。它们包括昂贵的激光器和真空室。但它们不一样。马里兰的

，量子位元是银白色金属镱的离子-带电原子。研究人员用小电极在真空中产生磁场，真空甚至比外太空还要空旷得多，将其中的53个捕获到位。然后，他们用激光击中他们，使他们冷却下来，直到他们几乎静止。[基本原理，亲爱的：8个你从没听说过的元素]

UMD量子比特把它们的信息以“自旋态”的形式存储在原子的深处，这是小粒子的特殊量子力学特性。

“量子比特的特点是，只要它们是孤立的，它们就保存着所有的信息，”克里斯托弗·门罗，马里兰研究小组的负责人告诉《生活科学》杂志：

，但是如果研究人员让这些量子位元摇晃得太厉害，或者撞到空气粒子上，甚至测量自旋s当量子位元保持不变时，所有的数据都会丢失。(根据支配量子世界的令人费解的规则，测量甚至观察一个亚原子粒子会改变它。)

这些磁场将原子固定在适当的位置，而不接触它们，使它们基本上保持不受干扰。

一旦门罗和他的团队得到了他们想要的离子，他们就会推动它们，再次使用激光。不过，这种推动有一种奇怪的效果。

“我们根据量子比特的自旋状态，对推动原子的原子[以不同的方式]施加一种力。”

但由于量子比特的状态未知，量子力学的奇怪定律导致原子同时在两个方向上移动。这个微小的粒子在空间中自我涂抹，变成一个相当大的量子磁体，它与电极陷阱中的所有同级粒子相互作用。

一旦所有的离子以这种奇怪的方式扩散和转化，它们就会很快相互作用。研究人员观察了结果，模拟完成了。哈佛模拟器

哈佛的模拟器不适用于离子或电极。

“我们拥有的是大约100束聚焦在真空电池上的紧密聚焦的激光束，”卢金说细胞内有一层很薄的铷原子蒸汽。

就好像它们是精密的光镊子一样，这些激光将单个原子从蒸汽中抽出来，并将它们困在适当的位置。他们允许哈佛大学的研究小组对他们的设备进行精细的编程，在他们开始模拟之前，将原子精确地排列成他们想要测试的结构。[超越希格斯：5个可能潜伏在宇宙中的难以捉摸的粒子]

一旦所有的原子都被放置在太空中，整个系统冷却到接近绝对零度，机器就会再次用激光打击原子。不过，这些激光不会移动或冷却原子。相反，它们使它们变得兴奋，进入一种称为里德堡态的状态。在里德堡态中，和

原子不会在两点之间被涂抹。相反，它们膨胀了。

每个原子都有电子围绕其轨道运行，但通常这些电子都被限制在紧密的轨道上。在里德堡状态下，电子摆动得越来越宽，离原子核越来越远，直到它们在计算机模拟中与其他原子交叉。所有这些被疯狂激发的原子突然发现它们共享同一个空间，就像在马里兰的机器里一样，它们相互作用，就像研究人员可以观察到的量子磁体一样。这一切的意思，以及

的去向一个50位的量子模拟器是有趣的，但它还不是非常有用。门罗说他的实验室下一步要做得更大，为了创建50多个量子模拟器的阵列，这些模拟器联网在一起模拟更复杂的量子事件。

他还说他的团队和哈佛大学的原子量子位为其他试图构建量子机的团队提供了路线图。

“原子量子位的伟大之处在于它们是完美的，”他说。

不同于谷歌和IBM实验室里打印在芯片上的更复杂、更大的“固态”量子比特，原子量子比特只要不受干扰就可以保存它的信息。

对门罗和卢金这样的研究者来说，挑战是要制造足够精确的激光和真空室，它们不会干扰它们的生长量子位数组。

最初发表在Live Science上。“

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