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2018-01-01可探測新的物質相位與特性的量子模擬器
577 期
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電腦的程序設計需花時間編碼（code）、 偵錯、測試與建檔以確保其正常運作。哈佛大學物理學院實驗室教授路金（Mikhail Lukin）等人與麻省理工學院教授弗雷提克 （Vladan Vuletic）率其研究員透過雷射光捕捉超冷銣原子（super-cooled rubidium atoms），並將其以特殊的方法排列，使 量子力學可進行必要的計算，進而研發出 一種量子模擬器（quantum stimulator）。 透過量子力學與物質特性、檢視新的物質相位（phase），望能藉此揭開一系列複雜的量子過程。
路金表示，所有的過程都在原子濃度近乎 為零的真空室裡進行，聚焦近百束雷射光 經過真空室時，其可抓住0~1個原子，但有趣的是無法抓到2個。研究協同作者歐姆蘭（Ahmed Omran）表示，團隊以可操控的方式組裝它們。系統的量子本質從能源開啟的那一刻起由原子作用生成，透過雷射光激發系統，其將能自我組織（self organized）。雷射光束並非只能捕捉0~1個原子，此結果僅為研究團隊在原子進行計算時得到的數據。
為何不直接用電腦模擬某些粒子的交互作用？凱士林（Alexander Keesling）表示，這些作用本質上是量子力學，若嘗試以電腦模擬這些系統，會受制於非常小的系統規模，且參數相當有限；倘若讓系統更大些，一般電腦的記憶體與計算能力將消耗殆盡。解決之道是在系統模擬時，找出遵循相同規則的粒子之問題，這也說明其作為模擬器的原因。
路金研究室的博士後研究員伯尼恩（Hannes Bernien）指出，相干量子態（coherent quantum state）使系統針對複雜量子現象提出新見解，進而成就有效的計算，使研究員能得到量子相位不同型態的轉換，揭開物質存在的新形式。一般所說的物質相位（phase of matter）為平衡態 （equilibrium），然實驗發現一個相關的非平衡狀態，並且維持長時間的穩定。專家認為量子演算法有超越現行計算機的可 能，雖尚無法做測試，但在未來幾年、量子電腦將有機會用以研究物質的非平衡狀態、甚至解決複雜的優化問題。
Hannes Bernien et al., Probing many-body dynamics on a 51-atom quantum simulator, Nature, Vol. 551 (7682): 579, 2017.