近日，來自清華大學(xué)/合肥國家實驗室的段路明團隊成功實現(xiàn)了512個離子的二維陣列的穩(wěn)定束縛及300個離子的相干量子操縱與模擬。

這項工作使得研究小組成為國際上首個可以精確控制多離子狀態(tài)的團隊，為進一步探索離子阱量子計算與模擬提供參考依據(jù)。他們的研究成果已于5月29日刊登在了《自然》雜志的線上版。

據(jù)悉，離子阱系統(tǒng)被視為最具潛力實現(xiàn)大規(guī)模量子模擬和量子計算的物理系統(tǒng)之一。在此次研究中，研究人員運用低溫一體化離子阱技術(shù)和二維離子陣列方案，成功將離子量子比特數(shù)量增加到512個，同時提升了離子陣列的穩(wěn)定性。此外，他們還首次實現(xiàn)了對300個離子的單點分辨的量子態(tài)測量。

接下來，研究人員利用這300個離子量子比特，成功模擬了可調(diào)耦合的長程橫場伊辛模型。他們首先通過準絕熱演化制備出阻挫伊辛模型的基態(tài)，然后測量其量子比特間的空間關(guān)聯(lián)，以此獲得離子在垂直于平面方向的集體振動模式信息，并與理論結(jié)果進行比對驗證。

另外，他們還對該模型的動力學(xué)演化進行了量子模擬，并對末態(tài)進行了量子采樣，通過粗粒化分析驗證了其給出的非平庸的概率分布，超越了經(jīng)典計算機的直接模擬能力。