新华(hua)社北京5月30日(ri)电（记者(zhe)魏(wei)梦佳）离子阱是通过电磁(ci)场将离子限定(ding)在有限空间(jian)内的设备，被认为是有望实现大规模量子计算(suan)的物理系(xi)统之一。如何把大量离子稳(wen)定(ding)“囚禁”于离子阱，再通过激光控制(zhi)，制(zhi)造量子计算(suan)的基本数据单(dan)元“量子比特”，是项国际性难题。

中(zhong)国科学院院士、清华(hua)大学交叉信息研究院段路明(ming)教授团队30日(ri)在国际学术(shu)期刊(kan)《自(zi)然(ran)》上发表(biao)一项量子模拟计算(suan)方面的突(tu)破性成果。该团队首次利用二维离子阵列实现了目前已知国际最大规模、具有“单(dan)比特分辨率”的多离子量子模拟计算(suan)，为实现大规模量子计算(suan)提供了新路径。

以离子阱制(zhi)造量子比特具有长相干时间(jian)和高操控精度的优势，但该技术(shu)路径的瓶颈(jing)在于很难同(tong)时实现大量离子的稳(wen)定(ding)“囚禁”和准确操控，在集成走向实用化和工程化方面尚存在挑战。如何扩大能准确操控和测量的量子比特数量是该研究的焦(jiao)点问题。

清华(hua)大学交叉信息研究院助理教授吴(wu)宇(yu)恺说，此前国际上曾(ceng)基于不同(tong)技术(shu)路线实现约200个离子的量子模拟计算(suan)，但因无法探测区(qu)分单(dan)个离子的状态、难以提取相关(guan)重要信息，无法用于精密的量子模拟计算(suan)及更大规模的通用量子计算(suan)。

“我们利用低(di)温一体化离子阱等技术(shu)，提升离子稳(wen)定(ding)性，并利用平面状的二维离子阵列方案大幅增加离子量子比特数，在国际上首次对512个离子实现了稳(wen)定(ding)‘囚禁’和冷却。”吴(wu)宇(yu)恺说。此外，团队还首次实现300个离子“单(dan)比特分辨”的量子态测量，“可区(qu)分每个离子的状态并提取其(qi)信息”——这是量子计算(suan)的基础条件。

量子模拟计算(suan)可模拟量子系(xi)统的运动与演化过程，是实现通用量子计算(suan)前量子计算(suan)机主要的应用形式。“这项工作(zuo)为研究复杂量子系(xi)统等基础科学问题提供了强大工具，未来有望应用于材料和药物研发、工程优化、人(ren)工智能等多领域。”段路明(ming)说。（完）