超導量子比特應用到量子隨機行走

將對多體物理現象模擬和通用量子計算產生影響

●創(chuàng)新點

量子隨機行走利用量子疊加態(tài)的特性，粒子在格點中的行走特性需要用量子力學來詮釋，是經典隨機行走在量子力學中的拓展。

中國科學技術大學潘建偉、朱曉波、彭承志等實驗團隊，聯合中國科學院物理研究所范桁等理論團隊，開創(chuàng)性地將超導量子比特應用到量子隨機行走的研究中，實驗上首次在固態(tài)量子計算系統(tǒng)中演示了強關聯糾纏體系的量子隨機行走，將對未來多體物理現象的模擬以及利用量子隨機行走進行通用量子計算研究產生重要影響。研究成果于2019年5月2日在線發(fā)表在《科學》（Science）上。

●方法和結果

潘建偉、朱曉波、陸朝陽、彭承志等通過設計和加工高品質12比特一維鏈超導比特處理器，成功實現12超導量子比特的多體真糾纏態(tài)“簇態(tài)”的制備，其生成糾纏的方式由標準的量子比特門搭建而成，根本上具有更好的可擴展性，相關成果于2019年3月20日發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。基于自主研制的高質量超導量子計算系統(tǒng)，研究團隊將超導量子比特應用到量子隨機行走的研究：研究了單粒子及雙粒子激發(fā)下一維短程耦合的量子隨機行走，觀察到高保真度的態(tài)、糾纏度及關聯函數在時空光錐中的含時演化；首次觀察到由于邊界反射及波函數干涉而形成的次級糾纏波陣面的傳播行為；觀測到由時間依賴的長程反相關強關聯光子形成的費米子化行為，描繪出光子的反聚束行為。

應用前景

超導量子計算是量子計算最有前景的方案之一，其內在優(yōu)勢是工藝上具有良好的可擴展性。量子隨機行走可以模擬多體物理體系的量子行為，并且理論上可用于通用量子計算。該工作開創(chuàng)性地將超導量子比特應用到量子隨機行走的研究，將對多體物理現象的模擬以及利用量子隨機行走進行通用量子計算研究產生重要影響。