清華大學科研團隊首次實現基於數百離子量子比特的量子模擬計算

量子模擬是量子計算機最重要的應用之一，指的是用量子計算機去模擬一個用其他實驗方法難以直接研究的複雜量子系統。

清華大學段路明研究組近日在量子模擬計算領域取得重要突破，首次實現512離子二維陣列的穩定囚禁冷卻以及300離子量子比特的量子模擬計算。該工作實現了國際上最大規模具有單比特分辨率的多離子量子模擬計算，將原來的離子量子比特數國際記錄（61離子）往前推進了一大步，並首次實現基於二維離子陣列的大規模量子模擬。

此前研究人員能夠實現的離子量子比特數是61個離子，而且是一維陣列的量子模擬，段路明團隊研究人員利用低溫一體化離子阱技術和二維離子陣列方案，大規模擴展離子量子比特數並提高離子陣列穩定性，首次實現512離子的穩定囚禁和邊帶冷卻，並首次對300離子實現可單比特分辨的量子態測量。

在這項研究中，研究人員利用300個離子量子比特實現可調耦合的長程橫場伊辛模型的量子模擬計算。

一方面，研究人員通過準絕熱演化製備阻挫伊辛模型的基態，測量其量子比特空間關聯，從而獲取離子的集體振動模式信息，並與理論結果對比驗證；

另一方面，研究人員對該模型的動力學演化進行量子模擬計算，並對末態分布進行量子採樣，通過粗粒化分析驗證其給出非平庸的概率分布，超越經典計算機的直接模擬能力。該實驗系統為進一步研究多體非平衡態量子動力學這一重要難題提供了強大的工具。

（來源：央視新聞）