第一个实验室创造的量子算盘

你想知道一个非常大的整数是否是质数吗?或者它是否是一个“幸运数字”?SISSA与的里雅斯特大学和圣安德鲁斯大学合作开展的一项新研究提出了一种创新方法，可以使用某种“量子算盘”通过物理学帮助回答此类问题。

通过结合理论和实验工作，科学家们能够使用全息激光技术再现具有与前15个素数和前10个幸运数字对应的能级的量子势。这一结果发表在PNASNexus上，为获得具有有限整数序列的势作为任意量子能量打开了大门，并通过量子力学实验解决了与数论相关的数学问题。

“每个物理系统都以一组特定的能量水平为特征，这些能量水平基本上构成了它的ID，”SISSA(国际高等研究学院)的理论物理学家GiuseppeMussardo解释说。“在这项工作中，我们颠倒了这条推理线：是否有可能——从算术序列开始，例如素数序列——获得一个以这些数字作为能级的量子系统?”

答案是肯定的，正如发表在PNASNexus上的研究所示。研究人员应用微分方程组来计算量子系统薛定谔方程中出现的势能，其能量状态对应于从特定序列(例如素数或相近的幸运数)中提取的有限整数序列。使用复杂的全息实验技术，他们随后能够创建具有与理论定义的潜力相对应的强度分布的光阱。

GiuseppeMussardo补充说：“到目前为止，我们已经在实验室中计算并创建了基于前15个素数和前10个幸运数字的量子势，但原则上，同样的方法可以应用于其他——甚至无限长——数字序列，只要数字增长的速度不要太快。更准确地说，无限序列的增长需要小于N的平方。”

这项工作的实验部分需要使用复杂的全息技术，由圣安德鲁斯大学的DonatellaCassettari团队完成。“这些量子势的实现是对我团队最近开发的全息技术的严格测试，”研究人员说。

“这项研究表明，可以高精度地实现复杂的强度分布。可以根据这些结果采取许多有趣的方向，例如具有更多能级的电势。将来，还将测试这些技术的极限有趣的。”

“我们的工作表明了这种方法的可行性，并为通过量子力学实验探索真正的数学问题和算术操作铺平了道路：一种‘量子算盘’，”的里雅斯特大学的物理学家AndreaTrombettoni指出。

“所使用的方法及其可能的推广也可能导致量子技术领域的新应用，这是目前许多工作和兴趣的焦点。确实，它为新型设备提供了可能的基本成分，其中新可以设计和测试与量子技术相关的算法——尤其是量子计算，”研究人员总结道。