四川
探索宇宙奥秘 · 理性思考
2026年2月6日，量子计算领域传来重磅消息。
澳大利亚新南威尔士大学的团队在《自然》杂志发表最新成果。
他们研发出名为“Quantum Twins”的模拟平台。
该平台集成了约15,000个量子点。
这是迄今为止规模最大的量子模拟系统。
这一突破不仅刷新了硬件纪录。
更为研究复杂量子材料提供了全新工具。
量子世界极其复杂。
传统计算机模拟量子系统非常吃力。
随着粒子数量增加，计算量呈指数级爆炸。
为了解决这个问题，科学家想到了“以毒攻毒”。
用量子系统来模拟量子系统。
这就是量子模拟器的核心逻辑。
目前主流的量子模拟平台有多种。
包括超冷原子、超导电路等。
但它们在扩展规模时面临瓶颈。
结构缺陷、热涨落和校准难度限制了发展。
米歇尔·西蒙斯教授团队另辟蹊径。
他们选择了硅基半导体技术。
研究人员在硅芯片上嵌入磷原子。
这些原子被精确排列成完美的二维方格阵列。
每个磷原子就像一个“笼子”。
它可以捕获一个电子。
这个电子就代表一个量子点。
整个阵列就像用原子搭建的乐高积木。
规模达到了惊人的15,000个量子点。
造出这么大的阵列有什么用？
首先要证明它“听话”。
团队对系统进行了验证测试。
他们调节了两个关键参数。
第一个是量子隧穿效应。
它决定了电子在相邻量子点间跳跃的难易程度。
第二个是库仑相互作用。
它描述了电子在同一个点上的排斥力。
通过精细调节这两个参数的平衡。
研究人员成功模拟了“金属-绝缘体转变”。
这是一种经典的量子相变过程。
在金属态下，电子可以自由流动。
在绝缘态下，强关联效应抑制了电子的运动。
这一实验证明了该平台的精确控制能力。
这15,000个量子点不是一盘散沙。
而是一个整齐划一的量子军团。
回顾量子模拟的发展历史。
从早期的几个离子阱。
到如今的上万原子阵列。
人类正在一步步逼近量子世界的真相。
在这个领域，中国科学家并未缺席。
事实上，中国采取了多路线并进的策略。
在超导量子计算领域，中国科大“祖冲之”号团队处于世界前列。
在光量子计算领域，“九章”系列多次实现算力突破。
而在硅基半导体量子计算这条赛道上。
中国也在快速追赶。
浙江大学、中科院半导体所等机构均有深厚积累。
虽然此次澳大利亚团队在“模拟阵列规模”上暂时领先。
但中国团队在量子比特的相干时间和操控精度上表现不俗。
例如，国内团队在硅基量子点的单比特读取保真度上已达到世界级水平。
硅基路线的最大优势在于兼容现有半导体工艺。
这意味着未来有望利用成熟的芯片制造技术实现量产。
中国作为半导体制造大国，在这方面具备天然的产业链优势。
一旦基础物理问题解决，工程化落地速度可能会非常快。
这项技术的未来应用前景广阔。
团队表示，下一步将模拟更复杂的物理现象。
其中最受关注的是非常规超导机制。
高温超导是物理学界的“圣杯”。
如果能通过量子模拟解开其谜题。
将可能引发能源传输领域的革命。
此外，该平台还可用于研究材料界面。
甚至模拟光合作用的高效能量转换过程。
这为新药研发和新能源材料设计提供了可能。
当然，目前的“Quantum Twins”还只是一个模拟器。
它不能直接用来运行通用的量子算法。
但它为我们提供了一扇观察量子世界的窗口。
通过这扇窗，我们离理解宇宙最深层的规律又近了一步。
M. B. Donnelly et al, Large-scale analogue quantum simulation using atom dot arrays, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-10053-7
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