我国学者首次实现基于数百离子二维阵列的可单点分辨的量子模拟器

近日，来自清华大学/合肥国家实验室的段路明团队成功实现了512个离子的二维阵列的稳定束缚及300个离子的相干量子操纵与模拟。

这项工作使得研究小组成为国际上首个可以精确控制多离子状态的团队，为进一步探索离子阱量子计算与模拟提供参考依据。他们的研究成果已于5月29日刊登在了《自然》杂志的线上版。

据悉，离子阱系统被视为最具潜力实现大规模量子模拟和量子计算的物理系统之一。在此次研究中，研究人员运用低温一体化离子阱技术和二维离子阵列方案，成功将离子量子比特数量增加到512个，同时提升了离子阵列的稳定性。此外，他们还首次实现了对300个离子的单点分辨的量子态测量。

接下来，研究人员利用这300个离子量子比特，成功模拟了可调耦合的长程横场伊辛模型。他们首先通过准绝热演化制备出阻挫伊辛模型的基态，然后测量其量子比特间的空间关联，以此获得离子在垂直于平面方向的集体振动模式信息，并与理论结果进行比对验证。

另外，他们还对该模型的动力学演化进行了量子模拟，并对末态进行了量子采样，通过粗粒化分析验证了其给出的非平庸的概率分布，超越了经典计算机的直接模拟能力。