量子計算機 闡明量子世界與經(jīng)典世界之間的聯(lián)系

洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家們開發(fā)了一種新的量子計算算法，該算法可以使人們對量子到經(jīng)典的躍遷有更清晰的了解，這可以幫助在量子和經(jīng)典世界的前沿對系統(tǒng)建模，例如生物蛋白質(zhì)，并且可以解決有關量子力學如何應用于大型物體。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室的凝聚態(tài)物質(zhì)和復雜系統(tǒng)物理學小組的帕特里克·科爾斯說：“當您向量子系統(tǒng)中添加越來越多的粒子時，就會發(fā)生量子向經(jīng)典的轉(zhuǎn)變，從而使奇怪的量子效應消失了對于這些系統(tǒng)，使用經(jīng)典計算機來研究量子到經(jīng)典的躍遷基本上是不可能的，我們可以使用我們的算法和包含數(shù)百個量子位的量子計算機來研究它。根據(jù)該領域的當前進展，預計將在未來幾年內(nèi)實現(xiàn)。”

眾所周知，很難回答有關量子到經(jīng)典躍遷的問題。對于多于幾個原子的系統(tǒng)，問題很快變得棘手。方程的數(shù)量隨著每個添加的原子呈指數(shù)增長。例如，蛋白質(zhì)由一長串分子組成，這些分子可能會變成重要的生物成分或疾病來源，這取決于它們?nèi)绾握郫B。盡管蛋白質(zhì)可以是相對較大的分子，但是它們足夠小，以至于量子到經(jīng)典的躍遷以及可以處理它的算法在試圖理解和預測蛋白質(zhì)如何折疊時變得很重要。

為了研究量子計算機上從量子到經(jīng)典躍遷的各個方面，研究人員首先需要一種方法來表征量子系統(tǒng)與經(jīng)典系統(tǒng)的接近程度。量子物體既具有粒子又具有波的特征。在某些情況下，它們像臺球一樣相互作用，而在其他情況下，它們彼此干擾的方式幾乎與海洋上的波浪合并成更大的波浪或互相抵消一樣。波狀干涉是量子效應。幸運的是，在沒有干擾的情況下，可以使用直觀的經(jīng)典概率而不是更具挑戰(zhàn)性的量子力學方法來描述量子系統(tǒng)。

LANL小組的算法確定了量子系統(tǒng)與經(jīng)典系統(tǒng)的接近程度。結(jié)果是他們可以用來尋找量子系統(tǒng)經(jīng)典性的工具，并最終了解了量子系統(tǒng)在我們?nèi)粘Ｉ钪腥绾物@得經(jīng)典。

這項工作最初由ASC BML基金資助，隨后由能源部的高能物理QuantISED計劃資助，部分由Los Alamos國家實驗室指導的研究與開發(fā)計劃資助。有關完整的資助文檔，請參見論文的“致謝”部分。請注意，沒有使用來自不同來源的政府資金來資助相同的研究。DOE HEP QuantISED計劃的主要資金和研究工作由首席研究員安德魯·索恩博格(Andrew Sornborger)，信息科學，CCS-3，LANL指導