中美科学家联手掌控“量子小妖”

　　中新社合肥1月24日电 (记者 吴兰)记者从中科大采访获悉，中美科学家联手合作，破解了世界著名的“麦克斯韦妖”现象，实现可控量子计算机的“量子小妖”，该项研究成果最新在线发表于《自然·光子学》杂志上。

　　据介绍，未来拥有超强运算能力的量子计算机和当前普通计算机开机时一样，需要将系统初始化，将硬件参数重置到“初始”状态，即将计算单元“量子比特”调整到能量最低的状态——“基态”，而由于量子叠加原理，将各个量子比特统一调整到“基态”非常困难。

　　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，为破解这个难题提供了一种很有潜力的手段。

　　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“热”量子，也有“冷”量子。而量子计算机初始化，只需要“冷”量子。中国科大的国际合作团队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”。

　　李传锋小组提供的一张展示了麦克斯韦妖式的量子算法冷却过程图片，就直接看出守门的“量子小妖”可以判断粒子是“冷”还是“热”的状态，它会把热的粒子扔出门外，而把冷的粒子挡住，最后就只留下冷的粒子了，直接实现了掌控“量子小妖”的魔力。

　　此次验证的麦克斯韦妖式新算法具有很好的普适应用前景。《自然·光子学》的审稿人对此做出高度评价，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。”(完)