Grid of Atoms 既是量子计算机又是优化求解器

放大 奎拉

量子计算进入了一个有些棘手的时期。已经有明确的证据表明我们可以成功运行量子算法，但现有硬件的量子比特数和错误率意味着我们目前无法解决任何商业上有用的问题。因此，尽管许多公司对量子计算感兴趣并为现有硬件开发了软件（并支付了访问该硬件的费用），但他们的努力都集中在准备工作上。一旦计算机准备好运行软件，他们就需要专业知识和能力来开发有用的软件。

目前，他们只能等待硬件制造商生产足够强大的机器，这些机器还没有具体的交货日期。这可能需要数年时间；这可能需要几十年。除了学习如何开发量子计算软件之外，您在此期间没有明显可以使用硬件做的事情。

但是一家名为 QuEra 的公司可能找到了一种方法来做一些不太明显的事情。它正在开发的技术最终可能为量子计算铺平道路。但在那之前，有可能在同一硬件上解决一类数学问题，并且硬件的任何改进都将有利于两种类型的计算。在一篇新论文中，该公司的研究人员扩展了可以在他们的机器上执行的计算类型。

QuEra 的量子比特基于中性原子，这是一项成熟的技术，至少还有一家量子计算初创公司也在使用它。通常，中性原子用于基于门的通用量子计算机，它可以通过对量子位执行的一系列逻辑操作来执行计算。虽然这些可以执行任何计算，但有一些特定的计算可以在门控量子计算机上执行，而这些计算是传统计算机无法计算的。

在中性原子量子计算机的基于门的模式中，原子核的自旋被用作量子比特。原子可以被激光移动并固定在适当的位置，从而在能量上有利于原子停留的地方形成陷阱。通过移动这些陷阱，可以将两个原子并排放置并对它们执行联合操作。通常情况下，电子云会阻止核自旋与任何东西相互作用，从而产生非常稳定的量子比特。但是，在将原子激发到里德伯态后，可以处理自旋，其中一个电子被激发到非常高的能量，形成一团几乎不附着在原子上的遥远的云。

因此，中性原子为基于门的量子计算提供了所有必要的工具：长寿命的量子态、设置和读取该状态的能力，以及任意连接两个靠近的量子位的能力。 .但是，与其他基于门的量子计算机一样，此时除了演示之外，量子比特数太低且错误率太高。

但是还有另一种操作模式，QuEra 称之为“模拟模式”。这是基于一种称为里德堡封锁的现象，这是一种量子现象，在这种现象中，处于里德堡态的原子会降低附近任何其他原子最终处于相同状态的可能性。通过控制原子之间的距离，您可以有效地创建一对原子中只有一个成员可以进入该状态的情况。

这允许一组两个（或更多）原子纠缠在量子叠加态中。您可以将原子放置在只有其中一个可以进入里德伯态的距离处，然后将两个原子都沐浴在足够的光线下以激发电子。他们中只有一个人可以回答，而且没有办法提前确定他们中的哪一个会回答。在您测量之前，两个原子处于里德伯态的可能性相同 - 它们处于叠加状态。而且，就像在其他纠缠系统中一样，测量一个原子意味着第二个原子必须处于相反的状态。

现在想象将第三个原子与其他两个原子排成一行。所有的原子都进入一个叠加态，但由于里德堡封锁，在低能量下只有两种稳定的构型：最后的两个原子处于里德堡态，或者只有中间的原子处于这种态——geo。 ..