【要闻】中国科大在多体量子行走“踏”出重要一步

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中国科大科学家在多体量子行走方面迈出了重要的一步，独创地将超导量子比特应用于量子行走的研究。 这项事业将对未来多体物理现象的模拟和利用量子步行的通用量子计算研究产生重要影响。 这项研究成果日前在国际权威学术杂志《科学》上发表。

在多量子多体系统的模拟中，每涉及一个粒子多，指数就会随着经典计算中的计算量倍增，即所谓粒子数的增加而增加。 所以，从微观到人类基因图谱的制作，从宏观到宇宙天体的演化，量子计算技术的飞速发展都迫在眉睫。 要迅速发展量子计算技术，首先需要足够多的纠缠量子比特，然后需要导出这些纠缠量子比特之间的关联关系。

由中国科学技术大学潘建伟、朱晓波和彭承志等组成的超导量子实验小组，与中国科学院物理研究所的范位数等理论小组合作，开创性地将超导量子比特应用于量子行走的研究。

随机行走是指像布朗运动、扩散等物理现象一样，行人在特定的路线或地区不规则地移动，将古典物理系统中发生的东西称为经典随机行走。 量子行走是经典随机行走在量子力学中的展开，区别于经典随机行走，量子具有叠加态的特征，因此粒子在格点行走的特征需要用量子力学的波函数统计规律来解释。 量子步行本身可以模拟多体物理系的量子行为，理论上最终可以用于通用量子计算。 因为这个科学界高度关注。

超导量子计算是量子计算最有前途的方案之一，作为固体量子计算方案，其内在特征是工艺本身具有良好的扩展性。 但是，集成了越来越多的量子比特，如何保证所有量子比特的质量是目前最大的挑战。

潘建伟教授及其同事朱晓波、陆朝阳、彭承志等近日成功制造了12个量子比特的多体真纠缠态，刷新了超导量子比特纠缠的世界纪录。 特别重要的是，中国科大组队计划比以前的计划有更好的扩展性。 这一记录也是目前固体量子系统内最大的多体真纠缠位数，为我国科大自主开发的超导量子计算系统整体性能达到国际最先进水平，下一步实现大规模随机线路采样等问题和可扩展的单向量子计算奠定了基础 相关成果在3月的《物理评论快报》上发表。

基于这种具有充分量子纠缠的良质量子计算系统，研究小组试图在世界上首次用固体量子计算系统实验演示强关联纠缠系统的量子行走。 研究小组详细研究了单粒子和双粒子激励下的量子行走行为，注意了量子行走过程中量子纠缠的传递和演化，并成功地关注了双光子在强相关光子系统中的费米行为。 该事业为将来利用量子随机行走模拟多体物理现象和通用量子计算的研究奠定了基础。 (记者黎静)