量子計(jì)算機(jī) 闡明量子世界與經(jīng)典世界之間的聯(lián)系

洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種新的量子計(jì)算算法，該算法可以使人們對(duì)量子到經(jīng)典的躍遷有更清晰的了解，這可以幫助在量子和經(jīng)典世界的前沿對(duì)系統(tǒng)建模，例如生物蛋白質(zhì)，并且可以解決有關(guān)量子力學(xué)如何應(yīng)用于大型物體。

洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的凝聚態(tài)物質(zhì)和復(fù)雜系統(tǒng)物理學(xué)小組的帕特里克·科爾斯說(shuō)：“當(dāng)您向量子系統(tǒng)中添加越來(lái)越多的粒子時(shí)，就會(huì)發(fā)生量子向經(jīng)典的轉(zhuǎn)變，從而使奇怪的量子效應(yīng)消失了對(duì)于這些系統(tǒng)，使用經(jīng)典計(jì)算機(jī)來(lái)研究量子到經(jīng)典的躍遷基本上是不可能的，我們可以使用我們的算法和包含數(shù)百個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)來(lái)研究它。根據(jù)該領(lǐng)域的當(dāng)前進(jìn)展，預(yù)計(jì)將在未來(lái)幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。”

眾所周知，很難回答有關(guān)量子到經(jīng)典躍遷的問(wèn)題。對(duì)于多于幾個(gè)原子的系統(tǒng)，問(wèn)題很快變得棘手。方程的數(shù)量隨著每個(gè)添加的原子呈指數(shù)增長(zhǎng)。例如，蛋白質(zhì)由一長(zhǎng)串分子組成，這些分子可能會(huì)變成重要的生物成分或疾病來(lái)源，這取決于它們?nèi)绾握郫B。盡管蛋白質(zhì)可以是相對(duì)較大的分子，但是它們足夠小，以至于量子到經(jīng)典的躍遷以及可以處理它的算法在試圖理解和預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)如何折疊時(shí)變得很重要。

為了研究量子計(jì)算機(jī)上從量子到經(jīng)典躍遷的各個(gè)方面，研究人員首先需要一種方法來(lái)表征量子系統(tǒng)與經(jīng)典系統(tǒng)的接近程度。量子物體既具有粒子又具有波的特征。在某些情況下，它們像臺(tái)球一樣相互作用，而在其他情況下，它們彼此干擾的方式幾乎與海洋上的波浪合并成更大的波浪或互相抵消一樣。波狀干涉是量子效應(yīng)。幸運(yùn)的是，在沒(méi)有干擾的情況下，可以使用直觀(guān)的經(jīng)典概率而不是更具挑戰(zhàn)性的量子力學(xué)方法來(lái)描述量子系統(tǒng)。

LANL小組的算法確定了量子系統(tǒng)與經(jīng)典系統(tǒng)的接近程度。結(jié)果是他們可以用來(lái)尋找量子系統(tǒng)經(jīng)典性的工具，并最終了解了量子系統(tǒng)在我們?nèi)粘Ｉ钪腥绾物@得經(jīng)典。

這項(xiàng)工作最初由ASC BML基金資助，隨后由能源部的高能物理QuantISED計(jì)劃資助，部分由Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)的研究與開(kāi)發(fā)計(jì)劃資助。有關(guān)完整的資助文檔，請(qǐng)參見(jiàn)論文的“致謝”部分。請(qǐng)注意，沒(méi)有使用來(lái)自不同來(lái)源的政府資金來(lái)資助相同的研究。DOE HEP QuantISED計(jì)劃的主要資金和研究工作由首席研究員安德魯·索恩博格(Andrew Sornborger)，信息科學(xué)，CCS-3，LANL指導(dǎo)