يشبه الحاسوب الكمومي إبريق شاي ساخنًا جدًا: الجسيمات بداخله تتحرك بعشوائية، ويحتاج المرء إلى تهدئتها للحصول على إجابة مفيدة. في العمل الجديد، ابتكر الفيزيائيون طريقة لتبريد سلسلة من 19 لفة كمومية (مغناطيسات صغيرة) مباشرة على جهاز حقيقي.
استخدموا أسلوبًا يشبه التلاشي البطيء لحركة البندول: يُضاف إلى النظام «احتكاك» يخمد الحركات الزائدة. واتضح أن هذا الاحتكاك يعمل حتى مع خطوات زمنية كبيرة جدًا — كان يُعتقد سابقًا أنه يجب التحرك بخطوات صغيرة جدًا. المهم أن يكون للنظام حالة واحدة فقط هي الأكثر برودة، وعندها يتدحرج إليها من تلقاء نفسه.
أظهر الاختبار على الحاسوب الكمومي Reimei أنه حتى عندما تتسلل أخطاء إلى الدائرة، تصل السلسلة مع ذلك إلى الحالة الباردة. وإذا تم قياس الأخطاء بدقة وطرحها، تتطابق النتيجة مع الحساب المثالي. وهذا يعني أن الطريقة يمكن استخدامها لحل مسائل تتعلق بالمواد والجزيئات.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2601.08137
We demonstrate a dissipative protocol for ground-state preparation of a quantum spin chain on a trapped-ion quantum computer. As a first step, we derive a Kraus representation of a dissipation channel for the protocol recently proposed by Ding et al. [Phys. Rev. Res. 6, 033147 (2024)] that still holds for arbitrary temporal discretization steps, extending the analysis beyond the Lindblad dynamics regime. The protocol guarantees that the fidelity with the ground state monotonically increases (or remains unchanged) under repeated applications of the channel to an arbitrary initial state, provided that the ground state is the unique steady state of the dissipation channel. Using this framework, we implement dissipative ground-state preparation of a transverse-field Ising chain for up to 19 spins on the trapped-ion quantum computer Reimei provided by Quantinuum. Despite the presence of hardware noise, the dynamics consistently converges to a low-energy state far away from the maximally mixed state even when the corresponding quantum circuits contain as many as 4110 entangling gates, demonstrating the intrinsic robustness of the protocol. By applying zero-noise extrapolation, the resulting energy expectation values are systematically improved to agree with noiseless simulations within statistical uncertainties.
في التجربة كان هناك 4110 بوابة كمومية — عمليات تشابك الجسيمات. هذا مثل 4110 خطوة في رقصة، حيث يجب أن تكون كل خطوة دقيقة، وإلا انهارت الرقصة.
فكرة «تبريد» نظام كمومي تذكرنا بحبكة فيلم «Inception»، حيث يغوص الأبطال تدريجيًا في طبقات أعمق من الحلم للوصول إلى الحالة المطلوبة.