量子計算機澄清量子和古典世界之間的聯(lián)系

洛斯阿拉莫斯實驗室的科學家開發(fā)了一種新的量子計算算法，可以更清楚地理解量子到經(jīng)典的過渡，這有助于模擬量子和經(jīng)典世界(如生物蛋白質(zhì))的尖端系統(tǒng)，并解決有關量子力學如何應用于大型物體。

“ 當你向量子系統(tǒng)添加越來越多的粒子時，就發(fā)生了量子到經(jīng)典的轉(zhuǎn)換，”洛斯阿拉莫斯實驗室凝聚態(tài)物質(zhì)和復雜系統(tǒng)物理學組的帕特里克科爾斯說，“這樣奇怪的量子效應就會消失系統(tǒng)開始表現(xiàn)得更經(jīng)典。對于這些系統(tǒng)，基本上不可能使用經(jīng)典計算機來研究量子到經(jīng)典的轉(zhuǎn)換。我們可以用我們的算法和一個由幾百個量子比特組成的量子計算機來研究它，我們根據(jù)該領域目前的進展，預計將在未來幾年內(nèi)推出。“

回答關于量子到經(jīng)典轉(zhuǎn)型的問題是非常困難的。對于多于幾個原子的系統(tǒng)，問題迅速變得棘手。方程的數(shù)量隨著每個加入的原子呈指數(shù)增長。例如，蛋白質(zhì)由長串的分子組成，這些分子可能成為重要的生物成分或疾病來源，這取決于它們?nèi)绾握郫B。雖然蛋白質(zhì)可以是相對較大的分子，但它們足夠小，以至于當試圖理解和預測蛋白質(zhì)如何折疊時，量子到經(jīng)典的轉(zhuǎn)變以及能夠處理它的算法變得重要。

為了研究量子計算機上量子到經(jīng)典轉(zhuǎn)換的各個方面，研究人員首先需要一種方法來表征量子系統(tǒng)與經(jīng)典行為的接近程度。量子物體具有粒子和波的特征。在某些情況下，它們像小型臺球一樣相互作用，而在另一些情況下，它們相互干擾的方式與海洋上的波浪結合起來產(chǎn)生更大的波浪或相互抵消相同。波狀干涉是量子效應。幸運的是，量子系統(tǒng)可以使用直觀的經(jīng)典概率來描述，而不是在沒有干擾的情況下使用更具挑戰(zhàn)性的量子力學方法。

LANL組的算法確定量子系統(tǒng)與經(jīng)典行為的接近程度。結果是他們可以用來搜索量子系統(tǒng)中的經(jīng)典性的工具，并理解量子系統(tǒng)最終在我們的日常生活中對我們來說是如何經(jīng)典的。