新华社北京5月30日电（记者(zhe)魏梦佳(jia)）离子阱是通过电磁场将离子限定在(zai)有限空间内(nei)的设备，被认为是有望实(shi)现大规模量子计算的物(wu)理系(xi)统之一。如(ru)何(he)把大量离子稳定“囚禁”于离子阱，再(zai)通过激光控制，制造量子计算的基本数据单元“量子比特(te)”，是项国(guo)际性难题。

中国(guo)科学院院士、清华大学交(jiao)叉信息研究院段(duan)路明教授团队30日在(zai)国(guo)际学术期刊《自然》上发表(biao)一项量子模拟(ni)计算方面的突破性成果。该团队首次利用二维离子阵列(lie)实(shi)现了目前已知国(guo)际最(zui)大规模、具有“单比特(te)分(fen)辨率”的多离子量子模拟(ni)计算，为实(shi)现大规模量子计算提供了新路径。

以离子阱制造量子比特(te)具有长相干时(shi)间和高操控精度的优势，但该技术路径的瓶(ping)颈在(zai)于很难同时(shi)实(shi)现大量离子的稳定“囚禁”和准确操控，在(zai)集成走(zou)向实(shi)用化和工程化方面尚存在(zai)挑战。如(ru)何(he)扩大能(neng)准确操控和测量的量子比特(te)数量是该研究的焦点问题。

清华大学交(jiao)叉信息研究院助理教授吴宇恺说，此前国(guo)际上曾基于不(bu)同技术路线实(shi)现约200个离子的量子模拟(ni)计算，但因无(wu)法探测区分(fen)单个离子的状态、难以提取相关重(zhong)要信息，无(wu)法用于精密的量子模拟(ni)计算及更大规模的通用量子计算。

“我们利用低温一体化离子阱等技术，提升离子稳定性，并利用平(ping)面状的二维离子阵列(lie)方案大幅增(zeng)加离子量子比特(te)数，在(zai)国(guo)际上首次对512个离子实(shi)现了稳定‘囚禁’和冷却(que)。”吴宇恺说。此外(wai)，团队还首次实(shi)现300个离子“单比特(te)分(fen)辨”的量子态测量，“可区分(fen)每个离子的状态并提取其信息”——这是量子计算的基础(chu)条件。

量子模拟(ni)计算可模拟(ni)量子系(xi)统的运动与演化过程，是实(shi)现通用量子计算前量子计算机主(zhu)要的应用形式。“这项工作为研究复杂量子系(xi)统等基础(chu)科学问题提供了强大工具，未来有望应用于材料和药物(wu)研发、工程优化、人(ren)工智能(neng)等多领域。”段(duan)路明说。（完）