奥地利和美国的研究人员设计了一种新型量子计算机，它使用费米子原子来模拟复杂的物理系统。该处理器使用可编程中性原子阵列，并且能够使用费米子门以硬件效率的方式模拟费米子模型。由Peter Zoller领导的团队演示了新的量子处理器如何有效地模拟量子化学和粒子物理中的费米子模型。

　　费米子原子是遵循泡利不相容原理的原子，这意味着它们中没有两个可以同时占据相同的量子态。这使得它们非常适合模拟费米子统计起关键作用的系统，如分子、超导体和夸克-胶子等离子体。奥地利科学院量子光学和量子信息研究所(?AW)和奥地利因斯布鲁克大学理论物理系Peter Zoller领导的研究小组的Daniel Gonzalez Cuadra解释说:“在基于量子位的量子计算机中，需要额外的资源来模拟这些特性，通常以额外的量子位或更长的量子电路的形式。”

　　费米子量子处理器由一个费米子寄存器和一组费米子量子门组成。“寄存器由一组费米子模式组成，这些模式可以是空的，也可以被单个费米子占据，这两种状态形成了量子信息的局部单位，”丹尼尔·冈萨雷斯·夸德拉说。“我们想要模拟的系统状态，比如由许多电子组成的分子，通常是许多职业模式的叠加，可以直接编码到这个寄存器中。”然后使用费米子量子电路对这些信息进行处理，该电路设计用于模拟例如分子的时间演化。任何这样的电路都可以分解成两种费米子门的序列，一个隧穿门和一个相互作用门。

　　研究人员建议将费米子原子捕获在一组光学镊子中，这些光学镊子是高度聚焦的激光束，可以高精度地固定和移动原子。Gonzalez Cuadra说:“所需的费米子量子门可以在这个平台上实现:隧道门可以通过控制两个光镊之间原子的隧道来获得，而相互作用门是通过首先将原子激发到Rydberg态来实现的，携带强偶极矩。”

　　费米子量子处理对于模拟由许多相互作用的费米子组成的系统的性质特别有用，例如分子或材料中的电子，或质子内的夸克，因此在许多领域都有应用，从量子化学到粒子物理。研究人员展示了他们的费米子量子处理器如何有效地模拟量子化学和晶格规范理论中的费米子模型，这是经典计算机难以解决的两个重要物理领域。“通过使用费米子来编码和处理量子信息，模拟系统的一些属性在硬件层面上得到了本质上的保证，这将需要标准量子比特量子计算机的额外资源，”丹尼尔·冈萨雷斯·夸德拉说。“我对该领域的未来感到非常兴奋，我希望通过确定费米子量子处理最有前途的应用，并通过设计可在近期设备中运行的定制算法，继续为它做出贡献。”

　　目前的研究结果发表在《美国国家科学院学报》(PNAS)上。这项研究得到了奥地利科学基金FWF、欧盟和西蒙斯基金会等机构的资助。

　　出版:

　　用可编程中性原子阵列进行费米子量子处理。D. Gonzalez-Cuadra, D. Bluvstein, M. Kalinowski, R. Kaubruegger, N. Maskara, P. Naldesi, T.V. Zache, A. M. Kaufman, M. D. Lukin, H. Pichler, B. Vermersch，叶俊和P. Zoller。PNAS 2023 DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2304294120

　　/公开发布。来自原始组织/作者的材料可能具有时点性质，并根据清晰度，风格和长度进行了编辑。海市蜃楼。新闻不受机构限制

　　所有的位置或侧面，以及所有的视图、位置等

　　此处表达的结论仅代表作者的观点。点击此处查看全文。