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中美合作实现麦克斯韦妖式量子算法冷却 |
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可帮助“初始化”量子计算机 |
本报讯（通讯员范琼 记者蒋家平）近日，中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋教授研究组与哈佛大学、清华大学的理论组合作，提出并实现了麦克斯韦妖式量子算法冷却，为破解量子计算机初始化难题提供了一种很有潜力的手段。该成果日前在线发表于《自然·光子学》杂志。
何为“麦克斯韦妖”？按照热力学基本定律，温度均匀的封闭区域，不可能自动分隔成温度高和温度低两部分。19世纪伟大物理学家麦克斯韦提出假想，在黑箱中放入一块隔板，隔板上开个小门，有只小妖看守这小门，让冷分子走到门一侧，而热分子走到门另外一侧，最后，在小妖的“调控”下，门一侧都是“冷”分子，另一侧都是“热”分子。这就是著名的“麦克斯韦妖”现象。
对量子系统而言，即使处于接近绝对零度，仍然具有各种能级状态，有处于“激发态”的“热”量子，也有处于“基态”的“冷”量子，各种状态会混杂在一起。
而与普通计算机开机时，需要将系统初始化，将硬件参数重置到“初始”状态类似，量子计算机也需要初始化，即将计算单元“量子比特”调整到能量最低的状态——“基态”，或者说，量子计算机只需要“基态”的“冷”量子。
中国科大的国际合作团队研究出的这种量子算法，可以让系统变“冷”，以实现量子计算机的初始化。他们在实验上利用光学干涉装置搭建成冷却模块，并将冷却模块连接成冷却网络，通过多次调用冷却模块实现量子系统的逐步冷却。实验结果和理论预言吻合得非常好，保真度达到97.8%以上，其中的冷却模块就像个“量子小妖”。
审稿人对此作出高度评价，认为“他们做出一种很新颖的算法，像麦克斯韦妖一样实现了冷却”。
《中国科学报》 (2014-01-25 第1版 要闻)
