新型模拟量子计算机能解前沿难题，有助揭示宇宙最深层的秘密

新量子模拟器的显微图像，其中包含嵌入一块电子电路内的两个相互耦合的纳米尺寸金属半导体组件。图片来源：爱尔兰都柏林大学

美英科学家合作发明了一种可扩展的新型模拟量子计算机，有望用于解决现有最强大的数字超级计算机也无法解决的物理学前沿难题，例如帮助科学家更好地理解超导性，最终找到在室温下具有超导性的材料。相关研究刊发于最新一期《自然·物理学》杂志。

在最新研究中，斯坦福大学、美国能源部SLAC国家加速器实验室以及爱尔兰都柏林大学的研究人员设计出金属—半导体混合组件，并将其整合到纳米电子电路内，得到了新的量子设备。

研究人员解释说，模拟设备的基本原则是创建一种与想要解决的问题类似的硬件，而非为可编程数字计算机编写代码。例如，可通过构建一个太阳系的力学模型来预测行星的运动以及日食发生的时间。20世纪晚期，模拟设备被用于解决当时最先进的数字计算机无法解决的数学计算。

但要解决量子物理问题，模拟设备需要包含量子组件。新研制的量子模拟器体系结构包括拥有纳米元件的电子电路，这些元件受量子力学定律的控制。重要的是，科学家可制造许多这样的组件，每个组件的行为基本上与其他组件相同，这就使最新设计能从单个单元扩展到大型网络，朝开发出新一代可扩展固态模拟量子计算机迈出了关键一步。

研究人员指出，将量子模拟器从两个纳米级组件扩展到许多纳米级组件，可为当前计算机无法处理的更复杂的系统建模，最终帮助揭示宇宙中一些最令人费解的谜团。

我们可将量子模拟器视为一种特殊类型的量子计算机。凭借对纳米级物质的控制能力，科学家可以运用量子相关原理，解决一个特定要解决的问题，比如文中想要探索的宇宙谜题。由于模拟器的元件实际上都是受量子力学定律所控制，其可以进入常规计算机所无法到达的领域，同时，也为真正成型的量子计算机问世铺路。