一种表征量子模拟器的新工具

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物理学家正在开发量子模拟器，以帮助解决传统计算机无法解决的问题。但是，首先需要新工具来确保模拟器正常工作。Rainer Blatt 和 Christian Roos 周围的 Snssbruck 研究人员以及来自乌尔姆大学和斯特拉斯克莱德大学的研究人员在实验室中开发了一种新方法，可用于有效地表征量子模拟器的复杂状态。一种称为矩阵乘积状态断层扫描的技术可能成为表征量子模拟器的新标准工具。 量子世界中的许多现象无法在实验室中直接分析，甚至超级计算机也无法模拟它们。然而，科学家们可以在实验室中精确控制不同的量子系统，这些系统可以用来模拟其他量子系统。因此，这种量子模拟器被认为是第二次量子革命的首批具体应用之一。 然而，对指导大型量子模拟器开发所必需的大型量子态进行表征是困难的。目前在实验室中表征量子态的黄金标准——量子态断层扫描——仅适用于由量子粒子组成的小型量子系统。斯斯布鲁克大学实验物理研究所和奥地利科学院量子光学与量子信息研究所的研究人员开发了一种新技术，可用于在实验室中有效地表征大量子态。 共同努力 在离子阱中，带电原子（离子）被冷却到接近绝对零的温度并使用激光进行操作。这样的系统代表了一种很有前途的方法来执行量子模拟，

它可以超越现代超级计算机的能力。Snsbrook 量子物理学家是该领域的世 新西兰电话号码界领先者之一，现在可以将 20 个或更多离子放入他们的陷阱中。需要新的方法来充分表征这种大型量子系统。来自德国乌尔姆大学的 Martin Plenio 周围的理论家前来救援。2010 年，Plenio 的小组提出了一种表征复杂量子态的新方法，称为矩阵乘积态断层扫描。使用这种方法，不会随着组中粒子数量的增加而显着增加，可以准确估计一组量子粒子的状态。实验物理学家 Christian Rose、Ben Lanyon 和 Christine Mayer 以及来自 Ulm 的 Martin Plenio 和来自苏格兰斯特拉斯克莱德大学的 Andrew Daley 周围的团队已经在实验室中实施了这一程序。 更有效的指标 作为一项实验，物理学家创建了一个具有多达 14 个量子比特（原子）的量子模拟器，这些量子模拟器是在没有量子关联的简单初始状态下制备的。研究人员随后用激光包围了原子，并观察了系统中介质的动态扩散。“使用新方法，我们可以通过仅测量其一小部分特性来确定整个系统的量子态，”START 获奖者 Ben Lanyon 说。






Martin Plenio 周围的理论家们从测量数据中得出了对全局量子态的表征：“这种方法是基于我们可以从理论上描述局部分布式环境的事实，现在我们可以在实验室中对其进行测量。” 当 Rainer Blatt 的团队在 2005 年实现第一个量子字节时，在十个小时内进行了 6,000 多次测量来表征量子态。新方法只需要 27 次测量即可在大约 10 分钟内表征相同大小的系统。“我们能够证明，这种方法可以用来有效地识别大而复杂的量子态，”因斯布鲁克团队的成员 Christine Mayer 说。科学家们现在希望进一步开发其他研究小组灵活使用的算法。 新的黄金标准 新方法允许对包含大量相关量子粒子的系统进行完整表征，从而能够比较量子模拟。“使用校准量子模拟器的新方法，我们可以将我们在实验室中发现的条件与分析计算的预期条件进行比较，”Christian Roos 说。“然后我们就知道模拟器是否在做我们想做的事。” 这种新方法为医生提供了适用于许多应用的工具，并可能成为量子模拟的新标准。 科普拉克奥卡