美國哈佛大學—麻省理工學院超冷原子中心領導的國際物理學家團隊在最新一期《自然》雜誌刊文稱，他們開發出了一種特殊類型的量子電腦——可編程量子模擬器，其能運作256個量子比特。該系統的面世標誌著科學家朝構建大規模量子機器邁出重要一步，可用於闡明一系列複雜的量子過程，並最終幫助科學家在材料科學、通信技術等多領域實現重大突破。
該研究的主要作者塞弗·阿巴迪説，新系統空前的規模和可編程性使其脫穎而出。在適當情況下，增加量子比特的數量意味著系統可存儲和處理更多資訊。量子比特是量子電腦運作的基本模組。資深作者之一、哈佛量子計劃聯席主任米哈伊爾·盧金則表示：“我們的最新研究將量子電腦帶入一個迄今無人涉足的新領域，我們正邁入量子世界的全新領域。”
新量子模擬器的關鍵組件是一種稱為空間光調製器的設備，它用於形成光波以産生數百個單獨聚焦的光鑷光束。此外，研究人員還使用一套移動的光鑷將原子拖到他們想要的位置，消除了原子放入光鑷時的隨機性。鐳射則使他們能完全控制原子量子比特的方位及其相干量子操作。
研究人員解釋稱，他們的新系統使原子能被組裝成二維光鑷陣列，將系統可運作的量子比特的數量從51個增加到256個。而且，他們可將原子排列成無缺陷的圖案，並創建出可編程的形狀，如正方形、三角形晶格等，以設計不同量子比特之間的相互作用。
研究人員表示，他們已經借助這個模擬器觀察到了一些以前從未在實驗室看到的奇異量子態，並進行了精確的量子相變研究，為磁性在量子水準上如何起作用提供了教科書範例。這些實驗能幫助科學家更好地理解材料特性，從而設計出擁有奇異特性的新材料。
他們目前正致力於通過改進鐳射對量子比特的控制並使系統更具可編程性來優化新系統，同時也在積極探索該系統新的應用，希望藉此解決更多實際問題。
