首個實驗室造“量子算盤”問世

想知道一個非常大的整數是否是質數嗎？義大利國際高等研究院（SISSA）、的裏雅斯特大學和英國聖安德魯斯大學合作提出了一種創新方法，可通過使用某種“量子算盤”回答這類問題，該“算盤”具有以可控方式與整數序列相關的能級的量子系統。

通過將理論和實驗相結合，科學家們能夠使用全息鐳射技術複製出與前15個質數和前10個幸運數字（利用類似埃拉托色尼篩選法選出的數字，可被視為質數的“堂兄弟”）對應的能級的量子勢。這一結果近日發表在美國科學院刊物《PNAS Nexus》上，其打開了以有限整數序列作為任意量子能量獲得勢能，以及通過量子力學實驗解決與數論相關數學問題的大門。

“每個物理系統都有一組特定的能級，這些能級基本上構成了它的ID。”SISSA理論物理學家朱塞佩·穆薩多解釋説。他們應用一組微分方程組來計算量子系統薛定諤方程中出現的勢能，其能量狀態對應于從特定序列中（如質數或相近的幸運數字）提取的有限整數序列。隨後，使用複雜的全息實驗技術，研究人員能夠創建具有與理論定義的勢能相對應的強度分佈的光阱。

“目前為止，我們已在實驗室裏根據前15個素數和前10個幸運數字計算並創建了量子勢。”穆薩多補充道，“但原則上，同樣的方法也可以應用於其他的甚至無限長的數字序列，只要數字增長不太快即可。”

“量子算盤”為離散數列的量子力學操作提供了一個物理設置。研究結果為通過量子實驗將這些潛能用於各種數學測試（如原始性測試）和算術操作（如素數分解）鋪平了道路。

該結果也可能在量子技術領域帶來新的應用。它為一類新的設備打下基礎，在這種設備中，可以設計和測試與量子技術相關的新演算法。