记者从清华大学获悉，中国(guo)科学院院士、清华大学交叉信息(xi)研究院教(jiao)授段路明(ming)研究组近日在量子模拟计算(suan)领域取得重要突破，首次实现512离子二维(wei)阵列的稳定囚禁冷却以及300离子量子比(bi)特的量子模拟计算(suan)。该工作实现了国(guo)际上最(zui)大规模具有单比(bi)特分辨率(lu)的多离子量子模拟计算(suan)，将原来的离子量子比(bi)特数国(guo)际记录(lu)往前(qian)推进了一大步，并首次实现基于二维(wei)离子阵列的大规模量子模拟。

该成果研究论文《具有单比(bi)特分辨率(lu)的数百(bai)囚禁离子二维(wei)量子模拟器》(A site-resolved two-dimensional quantum simulator with hundreds of trapped ions)日前(qian)在《自然》杂志官网在线发表，被审稿人称为(wei)“量子模拟领域的巨大进步”“值得关注的里程碑”。

据介绍，离子阱系统被认为(wei)是最(zui)有希望实现大规模量子模拟和量子计算(suan)的物理系统之一，该系统的规模化被认为(wei)是主要挑战。本工作中，团队研究人员利用低温一体化离子阱技术和二维(wei)离子阵列方案，大规模扩展离子量子比(bi)特数并提高(gao)离子阵列稳定性，首次实现512离子的稳定囚禁和边带(dai)冷却，并首次对300离子实现可(ke)单比(bi)特分辨的量子态测量。

研究人员进而利用300个离子量子比(bi)特实现可(ke)调耦合的长程横场伊辛模型(xing)的量子模拟计算(suan)。一方面，研究人员通过准绝热演化制备阻挫伊辛模型(xing)的基态，测量其量子比(bi)特空间关联，从而获取离子的集(ji)体振动模式信息(xi)，并与理论结果对比(bi)验(yan)证；另一方面，研究人员对该模型(xing)的动力学演化进行量子模拟计算(suan)，并对末态分布进行量子采样，通过粗粒化分析验(yan)证其给出非平庸的概率(lu)分布，超越经典计算(suan)机的直接模拟能力。该实验(yan)系统为(wei)进一步研究多体非平衡态量子动力学这一重要难题提供了强大工具。