就能理解隐藏的动力学

  [据物理学组织网站2019年02月19日报道]想象一下,当你被困在迷宫里,想要找到出口,你会怎么做?答案是反复试验。这便是传统计算机使用经典算法处理复杂问题的方式。现在考虑一下这个问题:如果能够神奇地将自己克隆成多个版本,以便能够同时遍历所有不同的路径,情况会如何?你几乎可以立刻找到出口。

  我们不是在讨论魔法—我们在讨论的是原子和亚原子粒子。例如,一个电子可以同时出现在多个地方。这是量子力学中最基本的自然原理,即态叠加原理。现在,如果我们将这个原理应用到经典模拟器和计算机上,那么我们处理信息的效率将会大大提高!

  这就是量子计算机和量子模拟器背后的原理。从本质上说,量子计算机就是亚原子粒子同时存在于多个地方的能力。量子模拟器不仅可以提高处理时间的效率,而且是模拟自然界中简单和复杂系统的“自然”选择。这是一个事实的结果,因为自然界最终是由量子力学定律支配的。

  量子模拟器为我们模拟自然界提供了一个极好的机会,甚至不用研究各种粒子及其相互作用所产生的复杂现象,就能理解隐藏的动力学。这正是Ebrahim Karimi教授以及其团队的研究动机。

  Karimi的团队利用光的量子力学特性,模拟自然界中周期性和封闭的结构,比如环状分子和晶体晶格。这些结果可以帮助我们理解这些系统所涉及的动力学,并为开发基于光子的高效量子计算机提供了可能性。

  Karimi的团队已经成功的建造并运行了第一个专门为模拟环状系统而设计的量子模拟器。量子模拟器模拟量子系统。研究小组使用光量子(光子)来模拟由不同数目原子组成的环内电子的量子运动。实验结果表明,环形系统的物理性质与线形系统的物理性质有着本质的区别。

  在此过程中,该团队建立了强大的实验技术来模拟各种各样的原子系统。项目的负责人之一、博士后研究员Farshad Nejadsattari说“我们预计,在很短的时间内,我们的研究将在不同的学科领域(从药品科学到计算机科学,从有机化学和生物学到材料科学和基础物理)引起巨大的影响。”

  在量子模拟器中,很容易控制并且物理上很容易理解的量子粒子(在我们的例子中是光粒子,光子)允许在与模拟系统相似的系统中传播。这个实验发现了一些有趣的现象,包括找到粒子在环上分布的特定方式,这样粒子的分布就不会随着粒子的传播而改变。同时,发现粒子首先在环上扩散,然后在最初放置的位置重新出现。这在任何量子模拟器上都从未见过。

  随着量子模拟技术的日益成熟和复杂,合成新材料、化学品和药物的开发将大大简化。量子模拟器将在一眨眼的时间内帮助提供所有的信息。(工业和信息化部电子第一研究所 李茜楠)返回搜狐,查看更多

( 发布日期:2019-03-09 17:09 )