記者從清華大學(xué)獲悉，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)交叉信息研究院教授段路明研究組近日在量子模擬計(jì)算領(lǐng)域取得重要突破，首次實(shí)現(xiàn)512離子二維陣列的穩(wěn)定囚禁冷卻以及300離子量子比特的量子模擬計(jì)算。該工作實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上最大規(guī)模具有單比特解像度的多離子量子模擬計(jì)算，將原來(lái)的離子量子比特?cái)?shù)國(guó)際記錄往前推進(jìn)了一大步，並首次實(shí)現(xiàn)基於二維離子陣列的大規(guī)模量子模擬。
該成果研究論文《具有單比特解像度的數(shù)百囚禁離子二維量子模擬器》(A site-resolved two-dimensional quantum simulator with hundreds of trapped ions)日前在《自然》雜誌官網(wǎng)在線發(fā)表，被審稿人稱為「量子模擬領(lǐng)域的巨大進(jìn)步」「值得關(guān)注的里程碑」。
實(shí)驗(yàn)獲得512離子二維陣列圖像與典型300離子單點(diǎn)分辨測(cè)量結(jié)果
據(jù)介紹，離子阱系統(tǒng)被認(rèn)為是最有希望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子模擬和量子計(jì)算的物理系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)的規(guī)模化被認(rèn)為是主要挑戰(zhàn)。本工作中，團(tuán)隊(duì)研究人員利用低溫一體化離子阱技術(shù)和二維離子陣列方案，大規(guī)模擴(kuò)展離子量子比特?cái)?shù)並提高離子陣列穩(wěn)定性，首次實(shí)現(xiàn)512離子的穩(wěn)定囚禁和邊帶冷卻，並首次對(duì)300離子實(shí)現(xiàn)可單比特分辨的量子態(tài)測(cè)量。
研究人員進(jìn)而利用300個(gè)離子量子比特實(shí)現(xiàn)可調(diào)耦合的長(zhǎng)程橫場(chǎng)伊辛模型的量子模擬計(jì)算。一方面，研究人員通過(guò)準(zhǔn)絕熱演化製備阻挫伊辛模型的基態(tài)，測(cè)量其量子比特空間關(guān)聯(lián)，從而獲取離子的集體振動(dòng)模式信息，並與理論結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證;另一方面，研究人員對(duì)該模型的動(dòng)力學(xué)演化進(jìn)行量子模擬計(jì)算，並對(duì)末態(tài)分布進(jìn)行量子採(cǎi)樣，通過(guò)粗粒化分析驗(yàn)證其給出非平庸的概率分布，超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的直接模擬能力。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為進(jìn)一步研究多體非平衡態(tài)量子動(dòng)力學(xué)這一重要難題提供了強(qiáng)大工具。
頂圖圖説：段路明院士(右一)指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn) 賈桂昊攝
典型300離子長(zhǎng)程橫場(chǎng)伊辛模型量子模擬計(jì)算結(jié)果
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