中国科学家取得离子阱量子模拟突破 专家肯定这是“值得认可的里程碑”

参考消息网6月2日报道 我国科学家实现最大规模离子阱量子模拟计算，中国科学院院士、清华大学交叉信息研究院段路明教授团队5月30日在国际学术期刊《自然》上发表了这项突破性成果。香港《南华早报》网站5月31日对此进行了报道，报道编译如下：

基于“离子阱”技术建造全球最大量子模拟器后，中国科学家朝向未来大型量子计算机又迈进一步。一位学术期刊审稿人称赞这是“值得认可的里程碑”。

这一突破是在段路明的领导下实现的。段路明是以开创性研究著称的量子物理学家。

段路明1998年获得中国科学技术大学博士学位，后于21世纪初进入美国密歇根大学。回国后，他一直担任清华大学交叉信息研究院专职教授。

段路明及其同事，以及世界各地大学和高科技公司的几个研究小组，一直在研究实现量子比特的离子阱方法。

量子比特是量子计算机的基础，如同普通计算机中的“比特”。但是，由于量子比特的模糊性，以一种可控和可重复的方式利用它们极其困难。

常规比特可以被描述为要么开要么关的开关。但由于不确定性和可能性在量子物理学中占据主导地位，量子比特可以同时处于开和关的状态，也可以存在于各种中间状态。

利用电磁场，离子(即带电的原子粒子)可以被捕获并悬浮在自由空间。量子比特存储在每个离子的稳定电子状态中，量子信息可以通过共享陷阱中离子的集体运动来传输。

但扩展性仍是这一系统面临的关键挑战。这就是离子阱的用武之地，因为它为可扩展的通用量子计算机提供了最有希望的架构之一。

研究人员早些时候在一维晶体中实现了多达61个离子的量子模拟。离子晶体是由离子结合在一起形成的固体，这些离子以规则的“晶格”(固体内部原子、离子或分子的对称三维结构排列)形式存在。

但段路明及其团队的量子模拟器能够实现对多达512个离子二维阵列的稳定捕获和冷却，这在科学界尚属首次。

这一成就对未来的量子计算具有重要意义，因为扩展性是一个重大障碍。该研究小组在一个稳定的模拟系统中扩大离子规模，这很可能为建造更强大的量子计算机铺平道路。

他们的研究成果发表在同行评议杂志英国《自然》上。

一位审稿人评论说，这是“迄今为止在一个离子阱系统中进行的最大规模量子模拟或计算”。

量子模拟器是一种主动利用量子效应来回答有关模型系统以及通过它们来回答真实系统问题的装置。由于在推进科学知识发展和开发技术方面的作用，它们在量子计算领域越来越受欢迎。

段路明及其团队还成功地利用300个离子量子比特进行了量子模拟计算。他们发现，300个离子量子比特同时工作的计算复杂程度是天文数字，远超传统计算机的直接模拟能力。