新(xin)华社北京5月30日电（记者魏梦佳(jia)）离子阱是通(tong)过电磁(ci)场将离子限定(ding)在有(you)限空间内的设备，被认为是有(you)望实现大规模量子计算的物(wu)理系统之一(yi)。如何把(ba)大量离子稳定(ding)“囚禁”于(yu)离子阱，再通(tong)过激(ji)光控制，制造量子计算的基本数据单(dan)元“量子比特(te)”，是项国(guo)际性难题。

中国(guo)科学院(yuan)院(yuan)士、清华大学交叉信(xin)息(xi)研究院(yuan)段路明(ming)教授团队30日在国(guo)际学术(shu)期刊《自然》上发表一(yi)项量子模拟计算方面的突破性成果。该团队首次利用二维离子阵(zhen)列实现了(le)目前已知国(guo)际最大规模、具有(you)“单(dan)比特(te)分辨率”的多(duo)离子量子模拟计算，为实现大规模量子计算提供了(le)新(xin)路径。

以离子阱制造量子比特(te)具有(you)长相干时间和高操控精度的优势，但(dan)该技术(shu)路径的瓶颈在于(yu)很(hen)难同时实现大量离子的稳定(ding)“囚禁”和准确操控，在集成走向(xiang)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(te)数量是该研究的焦点问题。

清华大学交叉信(xin)息(xi)研究院(yuan)助理教授吴宇恺(kai)说，此前国(guo)际上曾基于(yu)不同技术(shu)路线实现约200个离子的量子模拟计算，但(dan)因无法探测区分单(dan)个离子的状(zhuang)态、难以提取相关(guan)重要信(xin)息(xi)，无法用于(yu)精密的量子模拟计算及更大规模的通(tong)用量子计算。

“我们利用低温一(yi)体(ti)化离子阱等技术(shu)，提升离子稳定(ding)性，并利用平面状(zhuang)的二维离子阵(zhen)列方案大幅增加(jia)离子量子比特(te)数，在国(guo)际上首次对512个离子实现了(le)稳定(ding)‘囚禁’和冷却。”吴宇恺(kai)说。此外，团队还首次实现300个离子“单(dan)比特(te)分辨”的量子态测量，“可区分每个离子的状(zhuang)态并提取其(qi)信(xin)息(xi)”——这是量子计算的基础条(tiao)件。

量子模拟计算可模拟量子系统的运(yun)动与(yu)演化过程，是实现通(tong)用量子计算前量子计算机主要的应用形式。“这项工作为研究复(fu)杂量子系统等基础科学问题提供了(le)强大工具，未(wei)来有(you)望应用于(yu)材料和药物(wu)研发、工程优化、人工智能等多(duo)领域。”段路明(ming)说。（完）