將對多體物理現(xiàn)象模擬和通用量子計算產(chǎn)生影響

●創(chuàng)新點(diǎn)

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

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、朱曉波、彭承志等實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊，聯(lián)合中國科學(xué)院物理研究所范桁等理論團(tuán)隊，開創(chuàng)性地將超導(dǎo)量子比特應(yīng)用到量子隨機(jī)行走的研究中，實(shí)驗(yàn)上首次在固態(tài)量子計算系統(tǒng)中演示了強(qiáng)關(guān)聯(lián)糾纏體系的量子隨機(jī)行走，將對未來多體物理現(xiàn)象的模擬以及利用量子隨機(jī)行走進(jìn)行通用量子計算研究產(chǎn)生重要影響。研究成果于2019年5月2日在線發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。

●方法和結(jié)果

潘建偉、朱曉波、陸朝陽、彭承志等通過設(shè)計和加工高品質(zhì)12比特一維鏈超導(dǎo)比特處理器，成功實(shí)現(xiàn)12超導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)的量子比特門搭建而成，根本上具有更好的可擴(kuò)展性，相關(guān)成果于2019年3月20日發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上?；谧灾餮兄频母哔|(zhì)量超導(dǎo)量子計算系統(tǒng)，研究團(tuán)隊將超導(dǎo)量子比特應(yīng)用到量子隨機(jī)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(jī)行走，觀察到高保真度的態(tài)、糾纏度及關(guān)聯(lián)函數(shù)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(shù)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(guān)強(qiáng)關(guān)聯(lián)光子形成的費(fèi)米子化行為，描繪出光子的反聚束行為。

應(yīng)用前景

超導(dǎo)量子計算是量子計算最有前景的方案之一，其內(nèi)在優(yōu)勢是工藝上具有良好的可擴(kuò)展性。量子隨機(jī)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(dǎo)量子比特應(yīng)用到量子隨機(jī)行走的研究，將對多體物理現(xiàn)象的模擬以及利用量子隨機(jī)行走進(jìn)行通用量子計算研究產(chǎn)生重要影響。