什么是超冷原子光晶格量子模拟？量子模拟如何助力量子计算的实现？

9月26日，2025年墨子量子奖获得者、慕尼黑大学教授伊曼纽尔·布洛赫现身墨子沙龙，解答了这些问题。

布洛赫以《宇宙中最冷的原子，如何实现费曼的量子模拟器之梦》为主题，介绍了量子模拟技术在基础物理研究中的革命性意义，以及该领域的最新进展。

伊曼纽尔·布洛赫。图片由墨子沙龙提供

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布洛赫表示，因极高的复杂性，多体量子系统一直是传统计算机难以模拟的难题。早在四十多年前，诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼就提出了一个构想，即利用一个量子系统模拟另一个量子系统，从而构建一个能够揭示分子、材料甚至宇宙本身奥秘的“量子模拟器”。如今，这一愿景正通过超冷原子、离子阱、超导和光子等多种实验平台逐步实现。

报告中，布洛赫重点展示了基于超冷原子的量子模拟实验。科学家通过激光冷却技术将原子冷却至接近绝对零度，使其表现出显著的量子波动性与相干性，进而可在光学晶格中精确操控数千个原子，模拟各类复杂现象。值得一提的是，我国科学家在其中做出了重要贡献，如中国科学技术大学潘建伟团队在原子阵列制备方面的成果也受到关注，展示了可扩展至数万原子规模的发展前景。

高精度原子光钟也是量子技术的重要应用之一。布洛赫指出，目前光学晶格钟的精度已经达到在整个宇宙寿命（约137亿年）内误差不超过1秒的水平，将在导航、引力波探测、基础物理常数监测等领域发挥关键作用，未来还能利用纠缠态进一步提高光钟的精度。

布洛赫强调，量子模拟虽尚未实现通用容错量子计算，但已在特定问题上成为了连接理论与实验的重要桥梁。随着全球多个科研团队在平台构建与控制技术上的不断突破，量子模拟器正成为探索“量子宇宙”的强大实验设备。