清华大学/合肥国家实验室段路明研究组近期实现512离子二维阵列的稳定囚禁和300离子量子比特的相干量子操控与量子模拟。该工作实现了国际上最大规模的可单点分辨的多离子量子模拟，是离子阱量子计算与模拟的规模化研究的重要一步。该成果研究论文于5月29日在线发表于国际学术期刊《自然》杂志。

离子阱系统被认为是最有希望实现大规模量子模拟和量子计算的物理系统之一。此前，研究人员已在Paul Trap（保罗型离子阱）中实现过数十离子的一维阵列的量子模拟。虽然基于Penning Trap（彭宁型离子阱）可实现更大规模约两百离子的二维阵列的量子模拟，但因缺乏单点分辨探测能力而难以提取量子比特空间关联等重要信息。

本工作中，研究人员利用低温一体化离子阱技术和二维离子阵列方案，扩展离子量子比特数并提高离子阵列稳定性，首次实现512离子的稳定囚禁和边带冷却，并首次对300离子实现可单点分辨的量子态测量。

研究人员进而利用300个离子量子比特实现可调耦合的长程横场伊辛模型的量子模拟。一方面，研究人员通过准绝热演化制备阻挫伊辛模型的基态，测量其量子比特空间关联，从而获取离子在垂直于平面方向的集体振动模式信息，并与理论结果对比验证；另一方面，研究人员对该模型的动力学演化进行量子模拟，并对末态进行量子采样，通过粗粒化分析验证其给出非平庸的概率分布，超越经典计算机的直接模拟能力。

信息来源：“量子科话”微信公众号