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量子模拟(ni)是量子计算机最重要的应用之一，指的是用量子计算机去模拟(ni)一个用其他(ta)实验方法难以(yi)直(zhi)接(jie)研究(jiu)的复杂量子系统。
清华大学(xue)段路明研究(jiu)组近日在量子模拟(ni)计算领域取得重要突破，首次实现512离子二维阵列的稳(wen)定囚(qiu)禁冷却以(yi)及300离子量子比特的量子模拟(ni)计算。该(gai)工作(zuo)实现了国(guo)际(ji)上(shang)最大规模具有单比特分辨率(lu)的多离子量子模拟(ni)计算，将原来(lai)的离子量子比特数国(guo)际(ji)记录（61离子）往前推进了一大步，并首次实现基于二维离子阵列的大规模量子模拟(ni)。
△实验获得512离子二维阵列图像与典型300离子单点分辨测量结果
此前研究(jiu)人员(yuan)能(neng)够实现的离子量子比特数是61个离子，而且是一维阵列的量子模拟(ni)，段路明团队研究(jiu)人员(yuan)利用低温一体化离子阱技术和二维离子阵列方案，大规模扩展离子量子比特数并提(ti)高离子阵列稳(wen)定性，首次实现512离子的稳(wen)定囚(qiu)禁和边带冷却，并首次对300离子实现可单比特分辨的量子态测量。
△典型300离子长程横场(chang)伊辛模型量子模拟(ni)计算结果
在这项研究(jiu)中，研究(jiu)人员(yuan)利用300个离子量子比特实现可调耦合的长程横场(chang)伊辛模型的量子模拟(ni)计算。
一方面，研究(jiu)人员(yuan)通过准绝热演(yan)化制备阻挫伊辛模型的基态，测量其量子比特空间关联，从而获取离子的集体振动模式信息，并与理论结果对比验证；
另一方面，研究(jiu)人员(yuan)对该(gai)模型的动力学(xue)演(yan)化进行量子模拟(ni)计算，并对末态分布进行量子采(cai)样，通过粗粒化分析验证其给出非平庸的概率(lu)分布，超越经典计算机的直(zhi)接(jie)模拟(ni)能(neng)力。该(gai)实验系统为进一步研究(jiu)多体非平衡态量子动力学(xue)这一重要难题提(ti)供了强大的工具。
（总台(tai)央视(shi)记者 潘虹旭 代(dai)钦夫）