乍一看，一個由51個離子組成的系統(tǒng)可能看起來很容易管理。但即使這些帶電原子只是在兩種狀態(tài)之間來回切換，其結(jié)果是系統(tǒng)可以采取超過兩萬億(1015)種不同的排序。這樣一個系統(tǒng)的行為實際上是不可能用常規(guī)計算機計算的，特別是由于引入系統(tǒng)的激發(fā)可以無規(guī)律地傳播。

這種運動的一個特點是，除了預(yù)期的較小的跳躍外，有時也會發(fā)生明顯較大的跳躍。這種現(xiàn)象也可以在蜜蜂的飛行和股票市場上不尋常的激烈運動中觀察到。

模擬量子動力學(xué)：傳統(tǒng)上是一項困難的任務(wù)

雖然模擬一個復(fù)雜的量子系統(tǒng)的動力學(xué)即使對傳統(tǒng)的超級計算機來說也是一個非常高的要求，但對于量子模擬器來說這個任務(wù)是小兒科。不過如果沒有能力進行同樣的計算，怎么才能驗證量子模擬器的結(jié)果呢?

對量子系統(tǒng)的觀察表明，至少有可能用類似Bernoulli兄弟在18世紀(jì)開發(fā)的描述流體行為的方程來表示這種系統(tǒng)的長期行為。

為了測試這一假設(shè)，研究人員使用了一個模擬量子磁體動力學(xué)的量子系統(tǒng)。他們能用它來證明，在一個由量子力學(xué)效應(yīng)主導(dǎo)的初始階段之后，該系統(tǒng)實際上可以用流體力學(xué)中熟悉的那種方程來描述。

此外他們還發(fā)現(xiàn)，描述蜜蜂搜索策略的萊維飛行(Lévy Flight)統(tǒng)計學(xué)也適用于量子系統(tǒng)的流體動力學(xué)過程。

將捕獲的離子作為受控量子模擬的平臺

量子模擬器是在因斯布魯克大學(xué)校區(qū)的奧地利科學(xué)院量子光學(xué)和量子信息研究所(IQOQI)建造的。“我們的系統(tǒng)通過使用離子的兩個能級代表分子磁體的南北極有效地模擬了一個量子磁體，”IQOQI因斯布魯克科學(xué)家Manoj Joshi說道。

“我們最大的技術(shù)進步是，我們成功地單獨解決了51個離子中的每一個，”Manoj Joshi表示，“因此，我們能研究任何所需數(shù)量的初始狀態(tài)的動力學(xué)，這對于說明流體動力學(xué)的出現(xiàn)是必要的。”

“雖然目前量子比特的數(shù)量和量子狀態(tài)的穩(wěn)定性非常有限，但有些問題我們已經(jīng)可以利用今天量子模擬器的巨大計算能力，”來自慕尼黑工業(yè)大學(xué)集體量子動力學(xué)教授Michael Knap說道，“在不久的將來，量子模擬器和量子計算機將成為研究復(fù)雜量子系統(tǒng)動力學(xué)的理想平臺?，F(xiàn)在我們知道，在某個時間點之后，這些系統(tǒng)遵循經(jīng)典的流體動力學(xué)規(guī)律。任何強烈的偏離都表明模擬器沒有正常工作。”

關(guān)鍵詞： 常規(guī)計算機 模擬量子動力學(xué) 量子模擬 集體量子動力學(xué)