中国量子计算入选2021年度国际物理学十大高光时刻

光子盒研究院出品

新冠疫情仍在肆虐，许多人的生活仍处于困境。然而，在这种情况下，各个领域的研究都带来了令人惊讶的发现、突破性的成果和有趣的启示。随着2021年接近尾声，美国物理学会(APS)公布了2021年度国际物理学十大高光时刻。

美国宇航局的Parker太阳探测器成为最接近太阳的人造物体。今年4月，航天器将其带到距离太阳中心18个太阳半径(1300万公里)处。在那里，它进入了太阳日冕的高度磁化区域，在这里，磁能支配着等离子体的动能。这个探测器测量了等离子体湍流和磁场波动，为太阳科学家提供了有关驱动太阳风机制非常理想的数据。这些观测结果也可能揭示为什么日冕要比太阳表面热一千倍。

最受期待的粒子物理成果来自费米国家加速器实验室的缪子g−2实验：这项合作报告了报告了一项新的测量缪子磁性的方法，缪子是电子的近亲，质量比电子重200倍。自2001年以来，测量表明缪子的磁性略高于理论预测。这可能是由粒子或粒子物理标准模型中没有考虑的相互作用引起的。

量子计算是一个快速发展的领域，今年，“最强量子计算机”的称号在不到一个月的时间内从谷歌转移到了中国科学技术大学，再到IBM。中科大的成果之所以脱颖而出，是因为它们提供了令人信服的论据，证明计算机最终实现了量子“优越性”(原文是Primacy，但我们仍沿用中科大的量子优越性)——在给定任务中超越最好的经典计算机的能力。这次演示中，中科大的研究人员使用了两种不同的量子计算机，一台基于超导电路，另一台基于光子干涉测量，解决了经典方法难以解决的“采样”问题。对于这两种计算机类型，研究人员发现了显著的量子计算加速，这使得量子优越性的说法很难产生争议。

自从物理学研究开始以来，女性在物理学中的地位并不突出。今年，美国物理学会关注了哪些方面正在进步，哪些方面还需要改变。女性物理学家正在获得该领域的一些最高荣誉，并利用她们的声音来促进科学在社会中的作用。一些中东和亚洲国家正在就如何提高女性参与度提供鼓舞人心的课程，这些国家的STEM研究生中女性占多数。促进性别平衡的有希望的新兴方法包括创建一个不强迫女性改变的包容性社区。

解决气候变化是一项挑战，需要各种形式的智能。今年，材料科学家将人工智能纳入电池、催化剂和其他绿色解决方案新材料的开发中。例如，机器学习算法正在筛选大型化学数据集，寻找人类化学家可能遗漏的关系。这些努力已经发现了新的材料，例如可以延长电池寿命的有机化合物。与这些算法相辅相成的是自主实验室，机器人可以在其中快速合成和测试化学候选物。研究人员预计，人工智能方法可以将材料开发的时间缩短10倍。

今天的量子计算机大多局限于简单的计算，但研究人员表明，谷歌的“悬铃木”量子计算机可以执行另一种任务：模拟时间晶体——一种在周期循环中永远演化的量子系统。但奇怪的是：在量子计算机上，时间晶体的模拟和演示之间的区别是模糊的。经典计算机只能模拟时间晶体的行为。但是，量子计算机创造的多体量子系统的行为就像一个真正的时间晶体。因此，量子计算机可以做的不仅仅是计算！

今年，热浪、洪水和飓风对地球造成了发人深省的影响。气候模型显示，随着地球整体温度的上升，这些事件将更频繁地发生，并且严重程度也会增加。但是，将特定的极端天气事件归因于气候变化是一件棘手的事情。研究人员开发了一种新的统计方法，将极端事件的建模模式与观测到的模式进行比较，为建立极端天气事件与气候变化之间的相关性提供了一种工具。该团队用过去的数据测试了该模型，得出的结论是，2010年在亚洲发生的两次热浪可能是气候自然变化的表现。但他们表示，2021年影响加拿大的不成比例的大热浪可能与气候变化有关。

虽然对暗物质的搜索仍然是空白，但一些研究人员正在寻求另一种方法，即假设暗物质不存在，并提出引力比目前想象的要复杂得多。这种所谓的MOND(修正牛顿动力学)理论的预测与许多天文观测一致，但与宇宙微波背景(CMB)的一些观测结果不一致。现在，理论学家们在解决这个问题上取得了进展，他们提出了一个适合CMB数据的理论。更新后的模型增加了MOND的可信度，但与以前的版本一样，该理论假设了缺乏理论动机的新领域，因此大多数宇宙学家仍然不相信。

除了黑洞，没有天体比中子星密度更大。因此，它们的极端引力使得中子星成为广义相对论“强场”测试的理想环境。然而，这样的测试需要更好地了解超致密物质的“状态方程”。今年，研究人员通过用不依赖于这样一个方程的普遍关系来描述恒星的性质，从而绕过了这个问题。然后，他们通过将中子星的X射线观测与合并中子星对的引力波探测相结合来限制这些性质。这种“多信使”的方法使他们能够对引力如何违反某些类型的对称性施加新的限制

今年出现了一种新的、以星星为灵感的旋转陀螺进入市场。已经退休的天体物理学家Kenneth Brecher设计了一种陀螺，具有将数学常数融入其几何结构的有趣行为。在他的最新创作DeltaCELT中，陀螺的长轴和短轴的比率等于费根鲍姆常数，该常数决定了某些系统何时变得混乱。DeltaCELT是一个拨浪鼓——一种具有首选旋转方向的陀螺。如果顺时针旋转，它会减速停止，然后随着嘎嘎作响的运动，开始向另一个方向旋转。Brecher在Bridges会议上展示了这个陀螺。

参考链接：

https://physics.aps.org/articles/v14/179

—End—

相关阅读：

光子盒将为中国境内的研究机构和企业提供一个免费的垂直招聘信息发布渠道，欢迎有需求的机构或企业直接联系光子盒。（微信：Hordcore）

你可能会错过：