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首个量子网络操作系统创建

资料来源：科学技术每日

原始标题：创建了第一个量子网络操作系统

Qnodeos硬件。图像来源：Ostrom Studio

量子互联网联盟（QIA）的研究人员由代尔夫特技术大学，荷兰量子技术研究所（Qutech）组成，奥地利因斯布鲁克大学，奥地利，法国国家信息与自动化研究所以及法国国家科学研究中心的国家信息与自动化研究所，宣布了一项主要的突破性：他们开发了第一个操作系统的量子系统——QNODES，专门设计了量子。该结果发表在最新期刊《自然》上，标志着从理论到实用性的量子网络中的重要一步。

Qnodeos的目标是使量子网络技术更受欢迎和易于使用。它使研究人员可以轻松地对量子网络进行编程和执行应用程序，并建立一个框架，该框架为量子计算机研究打开了新领域。正如传统计算硬件上的软件允许非专业人士轻松编程和推动各种应用程序的开发一样，Qnodeos使开发人员更容易通过消除网络硬件和软件之间的障碍来在不同的硬件解决方案上创建应用程序。

Qnodeos的一个关键功能是其完整的可编程性，这意味着应用程序可以像在Windows或Android这样的传统操作系统上，以更高的抽象运行。与以前需要为每个实验设置进行特定编码的系统不同，Qnodeos可以支持网络中的操作量子处理器，而不论所使用的硬件平台如何。这种创新的体系结构使开发人员可以专注于应用程序的逻辑实现，而不是硬件详细信息，从而更容易开发新的应用程序。

此外，量子网络应用程序通常需要在不同节点上独立运行的程序来共同运行，例如手机客户端和云服务器之间的协作，这些程序需要通过消息传递和量子纠缠来完成。 Qnodeos成功地解决了这一独特的挑战，证明了其与多种类型的量子硬件兼容的能力，包括基于捕获离子和钻石色心的不同量子处理器。

Qnodeos的诞生不仅促进了量子网络技术的发展，而且为未来的互联网变化铺平了道路，并有望完全改变人们对互联网的理解和使用。 （记者张曼格兰）

因斯布鲁克大学构建了由量子计算机组成的HPC集群

据数据中心动态网7月24日报道，奥地利因斯布鲁克大学及其衍生公司AQT宣布，他们已将量子计算机集成到高性能计算（HPC）环境中。

目前，Innsbruck团队已将大学的LEO5集群与AQT的IBEX Q1量子计算机联系起来。这是奥地利第一次实现这一目标。

AQT的IBEX Q1系统安装在标准化的机架基础架构中。与某些超冷系统不同，该公司的基于激光的量子计算机适用于两个自定义机架，据报道能够在室温下以低于2kW的功耗在室温下运行。

LEO5于去年推出，由63个节点组成，其中包括配备NVIDIA A30，A40和A100 GPU的36个节点。当涉及FP64时，总共提供了300个TERAFLOP。

AQT的系统是基于离子陷阱的量子计算机，它使用直流电场和射频场通过电势限制离子链以创建量子位。该方法可以在室温下运行，但是离子本身需要激光冷却至接近地球状态。到目前为止，AQT的量子体积为128，系统可以直接安装在标准的19英寸机架柜中。

“随着量子计算机的出现及其解决化学或材料科学中某些问题的潜力，这些问题比通常的速度要快得多，HPC计算机的量子加速器是一种新的且非常令人兴奋的可能性，”因斯布鲁克大学助理教授兼AQT首席执行官助理教授托马斯·蒙兹（Thomas Monz）说。

（翻译者：Kang Chao）

链接：https://www.datacenterdynamics.com/en/news/university-of-innsbruck-adds-quantum-computer-with-hpc-cluster/

什么是超固体

关于量子物质的研究揭示了许多令人惊讶的且通常是违反直觉现象，其中之一就是“超固体”的概念。 SuperSolid是一个半个世纪前提出的一个物理状态，通常以结合了固体与超流体两种看似矛盾的特性。固体为特征，其结构刚度和固定原子排列，而超流体表现出无摩擦的流动性和缺乏结构的流动性。 Supersolids的概念挑战了传统的物质概念，并提出了具有具有晶体结构（例如固体）和超氟特征（例如超流体）的状态。

超固体的理论基础Supersolids的概念首先是由物理学家Eugene Gross在1960年代提出的，然后是诺贝尔奖获得者Philip Anderson等人进行了进一步的研究。他们最初的研究兴趣源于在极低的温度条件下探索氦4原子的独特行为。氦4可以在某些条件下表现出超氟，这种量子机械状态可以无原子流动。从理论的角度来看，超olid的概念从以下概念延伸了：在足够低温和高压的情况下，氦-4原子或许会自发形成一种刚性的晶体结构，同时表现出类似超流体的特性。，SuperSolid状态需要满足两个主要特征：

晶体顺序：原子或分子以周期性的晶体状结构排列，类似于传统固体中的原子排列。

超流体：该物质在流动时没有粘度，显示出类似于超级流体氦气的行为特征，例如零流动性和持久的循环运动。

这种组合很难实现，因为晶体顺序需要固定的原子位置，而超流体需要非定位的流体样原子布置。但是，量子力学为这种矛盾状态提供了一条路径。根据量子原理，低温系统中的颗粒可以处于叠加状态，显示一系列可能的定位。超固体中的原子由于量子涨落而足够“模糊”或非局域化，从而在固定的结构内实现某种流动性。实验发现及其验证之路自提议以来，研究人员长期以来一直在试图通过实验验证超固体的存在。在Helium-4中，尽管在研究中有一些有趣的结果，但最初被认为可以实现超氧的材料，但没有结论性的证据。 2004年，宾夕法尼亚州立大学的物理学家摩西·陈和金·恩钦（Moses Chen）和金·恩钦（Jin Encheng）对固体氦4进行了实验，并说观察到与超氧气一致的特性。他们报告说，当固体氦-4冷却至接近绝对零度时，其旋转惯性减小，暗示固体晶格和某种超流成分之间可能存在部分解耦现象。的发现引起了广泛的关注，因为它似乎为超氧化物提供了第一个实验证据。但是，进一步的研究揭示了结果的许多不一致。到2012年，大多数物理学家认为，最初的发现还不够可靠，无法将观察到的异常归因于其他现象，例如氦样品的弹性特性，而不是真实的超固体状态。

在超冷原子气体中实现超固体超亚光研究的重点已从氦气转移到超冷原子气体，该系统允许科学家更好地控制颗粒之间的相互作用。 2017年，由Eth Zurich的Tilman Eslinger和Innsbruck大学的Francesca Ferleno领导的两个独立的研究团队成功地使用了非质量原子气体和Erbium的超冷原子气体创建了超声波状态。

他们的方法依赖于玻色-爱因斯坦凝聚（BEC），即在接近绝对零度的温度下形成的物质状态，其中原子聚集在同一量子态中，整体上表现为单一量子实体。，通过精确调整原子之间的相互作用和使用光学晶格和磁场之间的相互作用，研究人员诱导原子气体的周期性密度调制，形成类似于固体的结构。令人惊讶的是，这些系统同时保留了超流量，即，不摩擦的流动特征，满足超固体的双重要求。

在原子气体中实现超氧固体是一个重要的突破，并且首次通过实验验证了这种长期的现象。该实验标志着理解超脂质物质的复杂物理学的第一步，揭示了量子力学，晶体结构和超流体之间的深厚联系。

超固体的量子力学：一种新的物质状态SuperSolid状态显示了量子力学如何导致某些在古典物理学中难以理解的现象。在古典物理学中，固体和超流体的相互排斥将排除超olid的存在。然而，在量子力学中，颗粒具有波粒偶性。在超固体中，粒子的波动性使其能够跨越晶格结构实现非局域化，从而在晶格秩序中保留流动性。Bose-Einstein凝结现象是超固体状态的关键组成部分之一，一种量子效应，其中多个颗粒占据了最低的能量状态并充当单个量子实体。在超固体中，这种玻色-爱因斯坦凝聚体经历密度调制，形成类似晶体的排列，同时保持零黏性。超声剂的物理学扩大了我们对量子相变和破缺对称性的理解。在经典系统中，相变（例如从液体到固体）涉及对称性的变化，例如液体的旋转对称性被打破以形成有序的固体结构。和超固体则同时打破了两种对称性：平移对称性（产生晶体有序）和相位对称性（产生超流性），从而为理解量子相变的新观点提供了新的观点。

超固体的应用与影响尽管超声研究目前主要限于实验条件，但其发现对诸如量子计算和材料科学等多个领域具有深远的影响。例如，量子计算机可能会受益于具有固态稳定性和类似超氟的相干特性的材料，从而改善了量子的稳定性和相干时间。超亚光体还可能激发新的量子技术，其独特的状态将稳定性与超流体特性相结合，从而为新的量子设备提供了可能性。

超醇还可以推动量子湍流的研究，这是量子流体中混沌流动的现象。由于超积木具有固体和流体特性，因此科学家可以更好地探索湍流在有序和无摩擦的系统中的表现。这项研究可能广泛用于理解天体物理学中的复杂流体动力学，例如中子恒星，据信它们在极端条件下包含超流体成分。

此外，Ultrasolids为理论物理学和奇异物质的研究开辟了新的途径。通过研究超级药物，科学家可以加深对现象的理解，例如破坏对称性和相变，这是粒子物理标准模型的核心概念。这些见解甚至可以提供线索使量子力学与其他物理理论统一，或者有助于量子重力或其他未解决的物理领域的研究。

挑战与未来方向尽管在超低原子气体中实现超积极是一个重要的进步，但仍然存在重大挑战。例如，在其他材料（包括更易获得的元素或化合物）中实现超固体将扩大实验研究和潜在应用的范围。当前的超吸收系统很复杂，需要高度控制的实验条件，这限制了其实际应用。

另一个挑战是更好的理解超流体与超固体状态之间的过渡。理论模型表明，不同类型的相互作用可以稳定超偏度，但是这些相互作用的确切特性，尤其是在原子质以外的其他材料中，仍未解决。随着实验技术的改善，研究人员可能会在更实用的环境（例如固态材料或复杂的量子设备）中创建超积极。

此外，仍然需要进一步探索超olid的基本特征。他们及时稳定吗？它们的超流体特性是否在更复杂的布置中利用，其晶体结构和超流体共存的局限性是什么？回答这些问题需要进一步的实验和理论模型才能得到改进。

来源：万象经验编辑：凉渐