2020年一月在拉斯维加斯消费电子展上IBM展示的量子电脑。
一个由哈佛大学和麻省理工学院的研究人员合作的小组，采用光镊把作为量子比特 （qubit）的低温铷原子排布成需要的各种几何形状，造出具有256个量子比特的量子模拟器 ，是同类技术中目前为止规模最大的一个。
《自然》（Nature）期刊7月7日刊登了这项研究成果。项目的负责人之一哈佛大学物理学家卢金（Mikhail Lukin）说：“这项成果进入了一个至今无人涉足的领域。”
研究报告的主要撰写者埃巴迪（Sepehr Ebadi）介绍说，规模最大和具有可编程性是这套系统最引人注目的成就。在合适的条件下，拥有256个量子比特 的系统比起使用传统比特的电脑，所能处理的信息量呈指数级增长。
“256个量子比特系统能处理的量子态的数量，比太阳系内原子的总数还多。”埃巴迪如此形容这个系统所能应对的大容量信息。比特是传统电脑的基本信息单位，量子比特就是量子电脑 的基本单位。
研究称这个模拟器已经帮助他们实验观测了物质的几个奇特的量子态，都是以前的实验无法观测到的，比如磁性在量子水平上如何运作。这些实验有助于探索各种材料的量子物理特性，以开发具有各种新特性的高级材料。
这套系统是在研究组2017年的成果上进一步发展而来，当时研究组造出的系统具有51个量子比特。那套系统使用一维光镊顺序排布低温铷原子。光镊，也叫光学镊子或光钳，是一种通过高度聚焦激光束产生力量移动微小物体的装置。
新系统使用二维光镊操作铷原子，从而把系统的规模从51个量子比特增加到256个。由于光镊操作的精确度，研究人员可以排布出无瑕疵的分布形状，例如方形、蜂窝形或三角格子形等，并让不同的量子比特之间产生不同的互动。
“这套新系统的一个重要部件是名为空间光调制器的设备，用于产生数百个高度聚焦的光镊激光束。这些设备其实就和投影器把图像投影到屏幕上的原理一样，只不过我们把它改造用于我们的量子模拟器 。”
研究称，原子刚载入光镊的时候是无序的状态，先要把它们按照需要的几何图形布局，然后再用光镊把原子精确定位。研究称，激光在帮助他们精确定位的同时，又不会破坏这些原子的量子相干性。
合作研究员之一哈佛物理学家王涛（Tout Wang，音译）说：“建造更大、更好的量子计算机是一个全球竞争的领域，我们的工作是里面的一部分，包括谷歌（Google）、IBM、亚马逊（Amazon）等多家顶尖的私有机构都在进行研究。”
这个项目组目前在继续改善激光对量子比特的控制力，从而进一步提升其编程的能力，并开始探索这样规模的量子模拟器可以适用于哪些实际的领域。
埃巴迪说：“这项研究提供了多个全新的科研方向，我们还远未触及这样的系统能力所能达到的极限。” ◇