從清華大學獲悉，該校段路明研究組近日在量子模擬計算領域取得重要突破，首次實現(xiàn)512離子二維陣列的穩(wěn)定囚禁冷卻，以及300離子量子比特的量子模擬計算。該工作實現(xiàn)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，將原來的離子量子比特數(shù)國際紀錄（61離子）往前推進一大步，并首次實現(xiàn)基于二維離子陣列的大規(guī)模量子模擬。該成果論文發(fā)表在最新一期的國際權威學術期刊《自然》上。

離子阱系統(tǒng)被認為是最有希望實現(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)模化被認為是主要挑戰(zhàn)。

此項工作中，研究人員利用低溫一體化離子阱技術和二維離子陣列方案，大規(guī)模擴展離子量子比特數(shù)并提高離子陣列穩(wěn)定性，首次實現(xiàn)512離子的穩(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)可調耦合的長程橫場伊辛模型的量子模擬計算。一方面，通過準絕熱演化制備阻挫伊辛模型的基態(tài)，測量其量子比特空間關聯(lián)，從而獲取離子的集體振動模式信息，并與理論結果對比驗證；另一方面，對該模型的動力學演化進行量子模擬計算，并對末態(tài)分布進行量子采樣，通過粗粒化分析驗證其給出非平庸的概率分布，超越經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)量子動力學這一重要難題提供了強大工具。（來源：科技日報；作者：華凌）