量子力學(xué)定律描述了原子和分子如何與我們周圍的世界有很大不同?？茖W(xué)家們在梳理這些規(guī)則方面取得了進(jìn)展，這些規(guī)則對于尋找制造新分子和更好技術(shù)的方法至關(guān)重要，但有些規(guī)則過于復(fù)雜，無法通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

隨著開放存取量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，芝加哥大學(xué)的科學(xué)家們看到了并一個(gè)做一個(gè)非常不尋常的實(shí)驗(yàn)來測試這些量子原理的機(jī)會(huì)。其研究發(fā)表在2019年1月31日的《自然通訊物理學(xué)》(Nature Communications Physics)上，本質(zhì)上是劫持了一臺量子計(jì)算機(jī)，以發(fā)現(xiàn)關(guān)于分子中電子的量子行為的基本真理。

博科園-科學(xué)科普：量子計(jì)算是一個(gè)探索基本問題令人興奮的領(lǐng)域，它使我們能夠觀察到經(jīng)典計(jì)算機(jī)絕對無法接觸到的量子理論各個(gè)方面。量子力學(xué)一個(gè)特殊規(guī)則，稱為泡利不相容原理，是兩個(gè)電子在空間中不能同時(shí)占據(jù)相同的位置。在許多情況下，分子的電子在其位置上受到額外限制，這些被稱為廣義泡利約束。這些規(guī)則告訴我們所有的分子和物質(zhì)是如何形成。在這項(xiàng)研究中，馬齊奧蒂、大衛(wèi)·舒斯特教授和研究生斯科特·斯瑪特創(chuàng)建了一套算法，要求IBM的Q Experience計(jì)算機(jī)在三個(gè)電子系統(tǒng)中隨機(jī)生成量子態(tài)，然后測量電子最有可能的位置。

論文的第一作者斯馬特說：假設(shè)廣義泡利約束不成立，在這種情況下，大約一半的量子態(tài)會(huì)表現(xiàn)出違反，相反，在形成的許多量子態(tài)中，發(fā)現(xiàn)廣義泡利約束的違反很少發(fā)生在與量子電路中的噪聲一致的模式中?？茖W(xué)家們表示：這些結(jié)果提供了強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最簡單的廣義泡利約束理論是在20世紀(jì)70年代早期在IBM一臺經(jīng)典計(jì)算機(jī)上發(fā)現(xiàn)，因此首次在IBM量子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是合適的。

這一發(fā)現(xiàn)是該大學(xué)量子研究前沿的又一突破，最近的努力包括一個(gè)由三個(gè)實(shí)驗(yàn)室組成的量子“傳送器”，朝著更強(qiáng)大的量子傳感器邁進(jìn)的步驟，以及為新興量子計(jì)算機(jī)開發(fā)算法的合作。一個(gè)開放的問題是廣義泡利約束如何對改進(jìn)量子技術(shù)有用，它們可能有助于實(shí)現(xiàn)更有效的量子計(jì)算以及更好的誤差修正方案——這對量子計(jì)算機(jī)發(fā)揮其全部潛力至關(guān)重要。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自: 芝加哥大學(xué)

Louise Lerner,?University of Chicago

參考期刊文獻(xiàn):《Nature Communications》

DOI: 10.1038/s42005-019-0110-3

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