超导量子比特应用到量子随机行走

将对多体物理现象模拟和通用量子计算产生影响

●创新点

量子随机行走利用量子叠加态的特性，粒子在格点中的行走特性需要用量子力学来诠释，是经典随机行走在量子力学中的拓展。

中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志等实验团队，联合中国科学院物理研究所范桁等理论团队，开创性地将超导量子比特应用到量子随机行走的研究中，实验上首次在固态量子计算系统中演示了强关联纠缠体系的量子随机行走，将对未来多体物理现象的模拟以及利用量子随机行走进行通用量子计算研究产生重要影响。研究成果于2019年5月2日在线发表在《科学》（Science）上。

●方法和结果

潘建伟、朱晓波、陆朝阳、彭承志等通过设计和加工高品质12比特一维链超导比特处理器，成功实现12超导量子比特的多体真纠缠态“簇态”的制备，其生成纠缠的方式由标准的量子比特门搭建而成，根本上具有更好的可扩展性，相关成果于2019年3月20日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。基于自主研制的高质量超导量子计算系统，研究团队将超导量子比特应用到量子随机行走的研究：研究了单粒子及双粒子激发下一维短程耦合的量子随机行走，观察到高保真度的态、纠缠度及关联函数在时空光锥中的含时演化；首次观察到由于边界反射及波函数干涉而形成的次级纠缠波阵面的传播行为；观测到由时间依赖的长程反相关强关联光子形成的费米子化行为，描绘出光子的反聚束行为。

应用前景

超导量子计算是量子计算最有前景的方案之一，其内在优势是工艺上具有良好的可扩展性。量子随机行走可以模拟多体物理体系的量子行为，并且理论上可用于通用量子计算。该工作开创性地将超导量子比特应用到量子随机行走的研究，将对多体物理现象的模拟以及利用量子随机行走进行通用量子计算研究产生重要影响。