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量子模拟是量子计算机最重要的(de)应用之一，指的(de)是用量子计算机去模拟一个用其(qi)他实验方法难以直接研究(jiu)的(de)复杂量子系统。
清华大学段路明研究(jiu)组近(jin)日在量子模拟计算领域取得重要突(tu)破，首次实现512离子二维阵列的(de)稳定囚(qiu)禁(jin)冷却以及300离子量子比特的(de)量子模拟计算。该工(gong)作实现了国际上最大规模具有单比特分辨率的(de)多离子量子模拟计算，将原来的(de)离子量子比特数国际记录（61离子）往(wang)前推进了一大步，并首次实现基于二维离子阵列的(de)大规模量子模拟。
△实验获(huo)得512离子二维阵列图像与典型300离子单点分辨测量结果
此前研究(jiu)人员能够实现的(de)离子量子比特数是61个离子，而且(qie)是一维阵列的(de)量子模拟，段路明团(tuan)队研究(jiu)人员利用低温一体(ti)化离子阱技术和二维离子阵列方案，大规模扩展(zhan)离子量子比特数并提高离子阵列稳定性，首次实现512离子的(de)稳定囚(qiu)禁(jin)和边带冷却，并首次对300离子实现可单比特分辨的(de)量子态测量。
△典型300离子长程横场伊辛模型量子模拟计算结果
在这项研究(jiu)中，研究(jiu)人员利用300个离子量子比特实现可调耦合的(de)长程横场伊辛模型的(de)量子模拟计算。
一方面，研究(jiu)人员通过准绝(jue)热演化制备(bei)阻挫伊辛模型的(de)基态，测量其(qi)量子比特空间关(guan)联，从(cong)而获(huo)取离子的(de)集体(ti)振动(dong)模式信息，并与理论结果对比验证；
另一方面，研究(jiu)人员对该模型的(de)动(dong)力学演化进行量子模拟计算，并对末态分布进行量子采样，通过粗粒化分析验证其(qi)给出非平(ping)庸的(de)概率分布，超越经典计算机的(de)直接模拟能力。该实验系统为进一步研究(jiu)多体(ti)非平(ping)衡态量子动(dong)力学这一重要难题提供(gong)了强大的(de)工(gong)具。
（总台央视记者 潘虹旭 代钦夫）