加州里弗赛德——量子计算利用量子力学的原理，能够解决医学、机器学习等多个领域的复杂问题，这些问题对于传统计算机而言过于棘手。量子模拟器是由相互作用的量子单元构成的设备，能够通过编程模拟物理世界的复杂模型。科学家们可以通过可控地改变这些相互作用并测量量子模拟器的结果，从而获取关于这些模型的信息，并进一步推导出关于现实世界的见解。
在《物理评论B》上发表的一项研究中，由加州大学河滨分校的研究团队提出了一种名为自旋中心的量子磁性物体链，能够在外部磁场的影响下，量子模拟物质的多种磁相及其转变。
“我们正在设计一种新设备，以容纳自旋中心，从而模拟和理解经典计算机无法深入研究的有趣物理现象，”该研究团队的负责人、物理学和天文学教授蔡山文表示。“固态材料中的自旋中心是局部量子物体，在新量子模拟器的设计中具有巨大的潜力。”
根据蔡的研究生、论文第一作者特洛伊·洛西的说法，这些设备的进步将使得研究更有效的信息存储和传输方法成为可能，同时也有助于开发出创建室温量子计算机所需的技术。
他说：“与最初的设备相比，我们对如何改进基于自旋中心的量子模拟器有了许多新想法。采用这些新思路并考虑更复杂的自旋中心排列，可以帮助我们构建易于操作的量子模拟器，同时仍能模拟新颖且重要的物理现象。”
接下来，蔡和洛西回答了关于这项研究的几个问题:
问:什么是量子模拟器?
蔡崇信:这是一种利用量子力学的独特行为来模拟普通计算机难以处理的有趣物理现象的设备。与使用量子位和通用门操作的量子计算机不同，量子模拟器是专门设计来解决特定问题的。通过利用不同量子相互作用和几何排列的丰富性，量子模拟器可能更容易实现，并为量子设备提供新的应用，这在量子计算机尚未普及的情况下尤为重要。
自旋中心是一个大约原子大小的量子磁性物体，可以嵌入晶体中。它能够存储量子信息，与其他自旋中心进行通信，并可通过激光进行控制。
问:这项工作有哪些应用?
Losey:我们可以构建量子模拟器来模拟物质的奇异磁相及其相变。这些相变非常有趣，因为在这些过程中，不同系统的行为趋于一致，这意味着存在潜在的物理现象将这些不同的系统联系在一起。
用于构建该设备的技术也可应用于基于自旋中心的量子计算机，这是开发室温量子计算机的主要候选者，而大多数量子计算机需要在极低温度下运行。此外，我们的装置假设自旋中心沿一条直线排列，但实际上可以在三维空间中排列自旋中心。这将使得研究基于旋转的信息设备成为可能，这种设备比目前计算机使用的方法更为高效。
由于量子模拟器比量子计算机更容易构建和操作，我们可以利用量子模拟器解决一些传统计算机无法处理的问题，同时等待量子计算机的进一步发展。然而，这并不意味着量子模拟器的构建没有挑战，因为我们仍在努力实现对自旋中心的精确操控，生长纯净的晶体，并在低温下运行，以建立我们所提出的量子模拟器。
加州大学河滨分校是一所博士研究型大学，致力于对南加州内陆及全球社区的重要问题进行开创性探索。该校的招生人数超过26,000人，体现了加州的多元文化。2013年，该校开设了医学院，并通过UCR棕榈沙漠中心深入科切拉山谷。该校园每年对美国经济的影响超过27亿美元。欲了解更多信息，请访问www.ucr.edu。
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希望本篇文章《自旋中心在量子计算领域的最新突破》能对你有所帮助！
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