量子模擬是量子計(jì)算機(jī)最重要的應(yīng)用之一，指的是用量子計(jì)算機(jī)去模擬一個(gè)用其他實(shí)驗(yàn)方法難以直接研究的復(fù)雜量子系統(tǒng)。
清華大學(xué)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)模具有單比特分辨率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(61離子)往前推進(jìn)了一大步，并首次實(shí)現(xiàn)基于二維離子陣列的大規(guī)模量子模擬。
此前研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)的離子量子比特?cái)?shù)是61個(gè)離子，而且是一維陣列的量子模擬，段路明團(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)并提高離子陣列穩(wěn)定性，首次實(shí)現(xiàn)512離子的穩(wěn)定囚禁和邊帶冷卻，并首次對(duì)300離子實(shí)現(xiàn)可單比特分辨的量子態(tài)測(cè)量。
在這項(xiàng)研究中，研究人員利用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)絕熱演化制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，并與理論結(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，并對(duì)末態(tài)分布進(jìn)行量子采樣，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)大的工具。
(總臺(tái)央視記者 潘虹旭 代欽夫)