查尔斯·波林，洛斯阿拉莫斯国家实验室 一篇寻求解决量子退火计算机中时间限制的新论文反而开启了一类新的物理问题，这些问题现在可以用量子退火器来研究，而不需要它们太慢
信用:洛斯阿拉莫斯国家实验室 一组量子理论家试图解决量子退火计算机的一个基本问题——他们必须以相对较慢的速度运行才能正常工作——但他们发现了一些有趣的东西
在探索量子退火器在运行速度比预期更快时的表现时，该团队意外地发现了一种新的效应，这种效应可能解释了宇宙中物质和反物质的不平衡分布，以及一种分离同位素的新方法
洛斯阿拉莫斯国家实验室的理论物理学家尼古拉·希尼辛说:“虽然我们的发现没有解决退火时间的限制，但它带来了一类新的物理问题，现在可以用量子退火仪来研究，而不需要太慢。”
希尼辛是这篇发表于2007年2月的论文的作者
19发表在《物理评论快报》上，合著者严斌和沃伊切赫·祖瑞克都来自洛斯阿拉莫斯，弗拉基米尔·切尔尼亚克来自韦恩州立大学
值得注意的是，这一发现暗示了至少两个著名的科学问题在未来可能如何解决
第一个是宇宙中物质和反物质之间明显的不对称
希尼辛说:“我们相信，对最近的实验进行小小的修改，通过相变对超冷原子构成的相互作用量子位进行量子退火，就足以证明我们的效果。”
解释物质/反物质的差异 物质和反物质都是宇宙诞生时产生的能量激发的结果
物质和反物质相互作用的对称性被打破了，但非常微弱
与反物质相比，这种细微的差异如何导致在宇宙尺度上观察到的物质占主导地位，目前还不完全清楚
新发现的效应表明这种不对称在物理上是可能的
它发生在一个大的量子系统经历一个相变的时候，也就是说，一个非常剧烈的量子态重排
在这种情况下，强而对称的相互作用大致可以相互补偿
那么微妙的、挥之不去的差异就能起到决定性的作用
让量子退火器足够慢 量子退火计算机通过将变量与量子态或量子位联系起来来解决复杂的优化问题
与经典计算机的二进制位(只能处于0或1的状态或值)不同，量子位可以处于中间值的量子叠加中
所有的量子计算机都是在那里获得它们令人敬畏的力量，尽管这种力量在很大程度上仍未被开发
在量子退火计算机中，量子位最初是通过施加强外部磁场以简单的最低能态制备的
然后这个场被慢慢关闭，同时量子位之间的相互作用被慢慢打开
严解释说:“理想情况下，退火器运行足够慢，误差最小，但由于退相干，退火器必须运行得更快。”
研究小组研究了退火装置以更快的速度运行时出现的影响，这限制了它们的有限运行时间
“根据量子力学中的绝热定理，如果所有的变化都非常缓慢，所谓的绝热缓慢，那么量子位必须始终保持在它们的最低能量状态，”希尼辛说
“因此，当我们最终对它们进行测量时，我们找到了所需的0和1的配置，使感兴趣的功能最小化，这是现代经典计算机无法做到的
" 因不连贯而步履蹒跚 然而，像目前所有的量子计算机一样，目前可用的量子退火器受到量子比特与周围环境相互作用的阻碍，这导致了退相干
这些相互作用将量子位的纯量子行为限制在大约百万分之一秒
在这个时间范围内，计算必须是快速的——非绝热的——并且不需要的能量激发会改变量子态，引入不可避免的计算错误
由沃伊切赫·祖里克共同开发的基伯-祖里克理论预测，当量子比特遇到相变时，即它们的集体量子态发生非常剧烈的重排时，最大的错误就会发生
在这篇论文中，研究小组研究了一个已知的可解模型，其中相同的量子位只与它们的邻居沿着一条链相互作用；该模型从分析上验证了基伯-祖瑞克理论
在理论家们寻求解决量子退火计算机中有限操作时间的过程中，他们通过假设量子位可以被分成两组，每组中的相互作用相同，但不同组中的量子位的相互作用略有不同，从而增加了模型的复杂性
在这样的混合物中，他们发现了一个不寻常的效应:一组在相变过程中仍然产生大量的能量激发，但另一组保持在能量最小值，就好像系统根本没有经历相变一样
希尼辛解释说:“我们使用的模型是高度对称的，这样才是可解的。我们找到了一种扩展模型的方法，打破了这种对称性，并且仍然可以解决这个问题。”
“然后我们发现基伯-祖瑞克理论幸存了下来，但是有一个转折——一半的量子比特没有耗散能量，表现得‘很好’
换句话说，它们保持了它们的基态
" 不幸的是，另一半量子位确实产生了许多计算错误——因此，到目前为止，还没有解决量子退火计算机中相变的方法
分离同位素的新方法 另一个长期存在的问题是同位素分离
例如，天然铀通常必须分离为浓缩铀和贫化同位素，因此浓缩铀可以用于核电或国家安全目的
目前的分离过程成本高，能耗大
这一发现意味着，通过使相互作用的超冷原子的混合物动态通过量子相变，可以选择性地激发或不激发不同的同位素，然后使用可用的磁偏转技术进行分离
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
