记者从清华大学获悉，中国科学院院士、清华大学交叉(cha)信息研究院教授段路明研究组近日在量子模拟计算领域(yu)取得(de)重要突破，首次实现512离子二(er)维阵列的稳定囚禁冷却以及300离子量子比特的量子模拟计算。该工作实现了国际上(shang)最大规模具有单比特分辨率的多离子量子模拟计算，将原来的离子量子比特数国际记录往前(qian)推进了一大步，并首次实现基于二(er)维离子阵列的大规模量子模拟。

该成果研究论文《具有单比特分辨率的数百囚禁离子二(er)维量子模拟器》(A site-resolved two-dimensional quantum simulator with hundreds of trapped ions)日前(qian)在《自(zi)然》杂志官网(wang)在线发表，被(bei)审稿人(ren)称(cheng)为“量子模拟领域(yu)的巨大进步”“值得(de)关注的里程碑”。

据介绍，离子阱系统被(bei)认为是最有希望实现大规模量子模拟和量子计算的物(wu)理系统之(zhi)一，该系统的规模化被(bei)认为是主要挑战。本工作中，团队研究人(ren)员利用低温一体化离子阱技术(shu)和二(er)维离子阵列方案(an)，大规模扩展离子量子比特数并提高离子阵列稳定性(xing)，首次实现512离子的稳定囚禁和边带冷却，并首次对(dui)300离子实现可单比特分辨的量子态(tai)测量。

研究人(ren)员进而利用300个离子量子比特实现可调耦(ou)合的长程横场伊(yi)辛模型的量子模拟计算。一方面，研究人(ren)员通过准绝(jue)热演化制备阻挫伊(yi)辛模型的基态(tai)，测量其量子比特空间关联，从而获取离子的集体振(zhen)动模式信息，并与理论结果对(dui)比验(yan)证；另一方面，研究人(ren)员对(dui)该模型的动力学演化进行量子模拟计算，并对(dui)末态(tai)分布(bu)进行量子采样，通过粗粒化分析验(yan)证其给(gei)出非(fei)平庸的概率分布(bu)，超越经典(dian)计算机的直(zhi)接模拟能力。该实验(yan)系统为进一步研究多体非(fei)平衡态(tai)量子动力学这一重要难题提供了强大工具。