我國(guó)學(xué)者首次實(shí)現(xiàn)基于數(shù)百離子二維陣列的可單點(diǎn)分辨的量子模擬器

近日，來(lái)自清華大學(xué)/合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的段路明團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了512個(gè)離子的二維陣列的穩(wěn)定束縛及300個(gè)離子的相干量子操縱與模擬。

這項(xiàng)工作使得研究小組成為國(guó)際上首個(gè)可以精確控制多離子狀態(tài)的團(tuán)隊(duì)，為進(jìn)一步探索離子阱量子計(jì)算與模擬提供參考依據(jù)。他們的研究成果已于5月29日刊登在了《自然》雜志的線上版。

據(jù)悉，離子阱系統(tǒng)被視為最具潛力實(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。在此次研究中，研究人員運(yùn)用低溫一體化離子阱技術(shù)和二維離子陣列方案，成功將離子量子比特?cái)?shù)量增加到512個(gè)，同時(shí)提升了離子陣列的穩(wěn)定性。此外，他們還首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)300個(gè)離子的單點(diǎn)分辨的量子態(tài)測(cè)量。

接下來(lái)，研究人員利用這300個(gè)離子量子比特，成功模擬了可調(diào)耦合的長(zhǎng)程橫場(chǎng)伊辛模型。他們首先通過(guò)準(zhǔn)絕熱演化制備出阻挫伊辛模型的基態(tài)，然后測(cè)量其量子比特間的空間關(guān)聯(lián)，以此獲得離子在垂直于平面方向的集體振動(dòng)模式信息，并與理論結(jié)果進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證。

另外，他們還對(duì)該模型的動(dòng)力學(xué)演化進(jìn)行了量子模擬，并對(duì)末態(tài)進(jìn)行了量子采樣，通過(guò)粗?；治鲵?yàn)證了其給出的非平庸的概率分布，超越了經(jīng)典計(jì)算機(jī)的直接模擬能力。