從清華大學(xué)獲悉,，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)交叉信息研究院教授段路明帶領(lǐng)研究組首次實現(xiàn)基于數(shù)百離子量子比特的量子模擬計算,，該成果研究論文《具有單比特分辨率的數(shù)百囚禁離子二維量子模擬器》,，于5月30日在《自然》官網(wǎng)在線發(fā)表，被《自然》審稿人稱為“量子模擬領(lǐng)域的巨大進步”“值得關(guān)注的里程碑”,。

段路明院士（右一）指導(dǎo)學(xué)生實驗,。清華大學(xué) 供圖

研究團隊介紹，離子阱系統(tǒng)被認(rèn)為是最有希望實現(xiàn)大規(guī)模量子模擬和量子計算的物理系統(tǒng)之一,，多個實驗驗證了離子量子比特的高精密相干操控,，該系統(tǒng)的規(guī)模化被認(rèn)為是主要挑戰(zhàn),。

清華段路明研究組利用低溫一體化離子阱技術(shù)和二維離子陣列方案,，大規(guī)模擴展離子量子比特數(shù)，提高離子陣列穩(wěn)定性,，首次實現(xiàn)512離子二維陣列的穩(wěn)定囚禁和邊帶冷卻,，并首次對300離子實現(xiàn)可單比特分辨的量子態(tài)測量。

研究人員進而利用300個離子量子比特實現(xiàn)可調(diào)耦合的長程橫場伊辛模型的量子模擬計算,。長程橫場伊辛模型,，是一類重要的量子多體模型,，有助于理解量子信息、凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域的基本問題,，也可用于求解優(yōu)化問題等現(xiàn)實應(yīng)用,。

該工作實現(xiàn)了國際上最大規(guī)模具有單比特分辨率的多離子量子模擬計算，將該研究組保持的離子量子比特數(shù)國際記錄（61離子）,，往前推進了一大步,，首次實現(xiàn)基于二維離子陣列的大規(guī)模量子模擬。

研究人員還對該模型的動力學(xué)演化進行量子模擬計算,，300個離子量子比特同時工作時，所能執(zhí)行的計算復(fù)雜度達到2的300次方,，超越經(jīng)典計算機的直接模擬能力,。該實驗系統(tǒng)為進一步研究多體非平衡態(tài)量子動力學(xué)這一重要難題提供了強大的工具。