美國哈佛大學—麻省理工學院超冷原子中心領導的國際物理學家團隊在最新一期《自然》雜志刊文稱，他們開發出了一種特殊類型的量子計算機——可編程量子模擬器，其能運行256個量子比特。該系統的面世標志著科學家朝構建大規模量子機器邁出重要一步，可用于闡明一系列復雜的量子過程，并最終幫助科學家在材料科學、通信技術等多領域實現重大突破。

該研究的主要作者塞弗·阿巴迪說，新系統空前的規模和可編程性使其脫穎而出。在適當情況下，增加量子比特的數量意味著系統可存儲和處理更多信息。量子比特是量子計算機運行的基本模塊。資深作者之一、哈佛量子計劃聯席主任米哈伊爾·盧金則表示：“我們的最新研究將量子計算機帶入一個迄今無人涉足的新領域，我們正邁入量子世界的全新領域。”

新量子模擬器的關鍵組件是一種稱為空間光調制器的設備，它用于形成光波以產生數百個單獨聚焦的光鑷光束。此外，研究人員還使用一套移動的光鑷將原子拖到他們想要的位置，消除了原子放入光鑷時的隨機性。激光則使他們能完全控制原子量子比特的方位及其相干量子操作。

研究人員解釋稱，他們的新系統使原子能被組裝成二維光鑷陣列，將系統可運行的量子比特的數量從51個增加到256個。而且，他們可將原子排列成無缺陷的圖案，并創建出可編程的形狀，如正方形、三角形晶格等，以設計不同量子比特之間的相互作用。

研究人員表示，他們已經借助這個模擬器觀察到了一些以前從未在實驗室看到的奇異量子態，并進行了精確的量子相變研究，為磁性在量子水平上如何起作用提供了教科書范例。這些實驗能幫助科學家更好地理解材料特性，從而設計出擁有奇異特性的新材料。

他們目前正致力于通過改進激光對量子比特的控制并使系統更具可編程性來優化新系統，同時也在積極探索該系統新的應用，希望籍此其解決更多實際問題。

近年來，量子計算機領域新成果不斷。此前有巨頭公司宣布開放擁有53個量子比特的可商用量子計算機，如今又有可運行256個量子比特的可編程量子模擬器。量子比特是量子計算機的最基本量子信息單元，因此要提升量子計算機的性能，增加可運行的量子比特的數量是必經之路。不過另一個方面也不容忽視：即不斷提升量子比特的質量，增加量子保真度，延長量子相干性的保持時間。(記者 劉霞)