在復雜量子多體系統(tǒng)的模擬中，每多涉及一個粒子，在經(jīng)典計算中的計算量往往會成倍增加，即所謂隨粒子數(shù)目增加而指數(shù)增加。所以微觀到人類基因圖譜的繪制，宏觀的宇宙天體的演化，都急需量子計算技術的迅速發(fā)展。而發(fā)展量子計算技術，首先需要有足夠多的糾纏量子比特，然后需要對這些糾纏量子比特之間的相關關系進行推演。
記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、朱曉波和彭承志等組成的超導量子實驗團隊，聯(lián)合中國科學院物理研究所范桁等理論小組，開創(chuàng)性地將超導量子比特應用到量子行走的研究中。該工作將對未來多體物理現(xiàn)象的模擬以及利用量子行走進行通用量子計算研究產(chǎn)生重要影響。該研究成果5月2日在線發(fā)表在國際權威學術期刊《科學》上。
隨機行走指行走者在特定路線或者區(qū)域無規(guī)律移動，例如布朗運動、擴散等物理現(xiàn)象，發(fā)生在經(jīng)典物理體系中的稱為經(jīng)典隨機行走。量子行走是經(jīng)典隨機行走在量子力學中的拓展，區(qū)別于經(jīng)典隨機行走，由于量子具有疊加態(tài)的特性，粒子在格點中行走的特性需要用量子力學的波函數(shù)統(tǒng)計規(guī)律來詮釋。量子行走本身可以模擬多體物理體系的量子行為，理論上最終可用于通用量子計算，因此科學界高度關注。
超導量子計算是量子計算最有前景的方案之一，作為固態(tài)量子計算方案，其內在的優(yōu)勢在于工藝本身便具有良好的可擴展性。然而，在不斷集成更多的量子比特的同時，如何保證所有量子比特的質量是目前最大的挑戰(zhàn)。
潘建偉教授及其同事朱曉波、陸朝陽、彭承志等不久前成功實現(xiàn)了12個量子比特的多體真糾纏態(tài)“簇態(tài)”的制備，刷新了超導量子比特糾纏的世界記錄。尤其重要的是，中國科大團隊方案比之前的方案有更好的可擴展性。這一記錄也是目前固態(tài)量子系統(tǒng)內最大的多體真糾纏比特數(shù)目，標志著中國科大自主研制的超導量子計算系統(tǒng)的整體性能已達到了國際最先進的水平，為下一步實現(xiàn)大規(guī)模隨機線路采樣等“量子霸權”問題和可擴展單向量子計算奠定了基礎。相關成果發(fā)表于3月份的《物理評論快報》。
基于這一擁有足夠多量子糾纏的高質量量子計算系統(tǒng)，研究團隊在世界上首次嘗試在固態(tài)量子計算系統(tǒng)中實驗演示強關聯(lián)糾纏體系的量子行走。研究團隊詳細研究了單粒子及雙粒子激發(fā)下的量子行走行為，觀察到量子行走過程中量子糾纏的傳播及演化，并成功觀察到了強關聯(lián)光子體系中雙光子的費米子化行為。該工作為未來利用量子隨機行走進行多體物理現(xiàn)象的模擬以及通用量子計算的研究打下了基礎。
范瓊 新安晚報 安徽網(wǎng) 大皖客戶端記者陳牧
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