量子力学的规则描述了原子和分子如何与我们周围的世界有很大的不同。科学家们在梳理这些规则方面取得了进展，这些规则对于寻找制造新分子和更好技术的方法至关重要，但其中一些规则过于复杂，以至于无法通过实验验证。
随着开放存取量子计算机的出现，芝加哥大学的科学家们看到了一个机会来做一个非常不寻常的实验来测试这些量子原理。他们的研究发表在1月31日的《自然通讯物理学》(Nature Communications Physics)上，利用量子计算机发现了分子中电子量子行为的基本事实。
“量子计算是一个探索基本问题的令人兴奋的领域。它让我们能够观察到量子理论的某些方面，而这些方面是经典计算机绝对无法触及的。”
量子力学的一个特殊规则，称为泡利不相容原理，是两个电子不能同时占据空间中相同的位置。在许多情况下，分子的电子在其位置上受到额外的限制;这些被称为广义泡利约束。Mazziotti说:“这些规则告诉我们所有分子和物质是如何形成的。”
在这项研究中，Mazziotti教授、David Shuster教授和研究生Scott Smart创建了一套算法，要求IBM的Q Experience计算机在三电子系统中随机生成量子态，然后测量电子最有可能的位置。
“假设广义泡利约束不成立:在这种情况下，大约有一半的量子态会出现违反，”论文的第一作者斯马特说。相反，在许多形成的量子态中，他们发现违反广义泡利约束的情况很少发生在与量子电路中的噪声一致的模式中。
科学家们说，这些结果提供了强有力的实验验证。
Mazziotti说:“上世纪70年代初，在IBM的一台经典计算机上从理论上发现了最简单的广义泡利约束，因此首次在IBM量子计算机上进行实验验证是合适的。”
这一发现是该大学量子研究前沿的又一突破;最近的努力包括三个实验室的量子“传送器”，向更强大的量子传感器迈进的步骤，以及为新兴量子计算机开发算法的合作。
一个悬而未决的问题是，广义泡利约束如何有助于改进量子技术。Mazziotti说:“它们可能有助于实现更高效的量子计算以及更好的纠错方案——这对量子计算机充分发挥其潜力至关重要。”
引文:“来自量子计算机的实验数据验证了广义泡利不相容原理。斯马特等人，《自然通讯物理学》，2018年1月31日。doi: 10.1038 / s42005 – 019 – 0110 – 3
资助:美国能源部、国家科学基金会、美国陆军研究基金。