中国制造最强大离子计算机-清华大学| 国科院研·科技成果转化

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图示：段璐明（右）与他的实验室同事和世界上最大的离子阱量子模拟器。

中国清华大学段路明团队构建了基于离子的世界上最强大的量子计算系统，实现了512个离子的二维晶体稳定捕获和冷却，为可扩展量子计算机铺路。该成果被审稿人赞誉为里程碑，有望推动量子科学的发展，并帮助中国在未来建造大规模量子计算机。

关于段璐明与他的实验室同事和世界上最大的离子阱量子模拟器。谋定研究中国智库：对话国科院研·科技成果转化-国研政情·谋定论道-经济信息智库。《南华早报》报道，由中国清华大学跨学科信息科学研究所段路明领导的一个研究小组构建了世界上最强大的基于离子的量子计算系统。该研究成果为未来可扩展的量子计算机铺平了道路。

量子计算机被认为是计算的下一个前沿领域，它有望实现更快的计算速度，帮助人类解决医学、天文学和气候变化方面的挑战。这是通过使用量子比特或量子比特来存储信息来实现的。与硅基计算机中的经典比特不同，量子比特可以处于“打开”状态或“关闭”状态，量子比特可以同时打开和关闭，同时占据它们之间的一系列状态，也称为叠加。

这使得量子算法处理信息所需的时间仅为世界上最快的超级计算机的一小部分。研究人员正在与各种量子系统合作，以确定使用量子比特的最佳方式。

基于离子的量子系统

离子或带电粒子可以使用电磁场悬浮，并在量子系统中用作量子比特。然而，该领域的先前工作表明，尽管量子信息可以通过离子的集体运动进行传输，但该系统并不适合放大。正如缩放硅基计算机有助于实现复杂的计算一样，可扩展性在量子计算中也很重要。为了克服离子的这一挑战，研究人员使用了离子阱系统。

在这样的系统中，研究人员使用一维离子晶体将离子结合在晶格结构中，因此得名俘获离子系统。这种方法在量子物理学家中非常受欢迎，到目前为止，他们已经实现了61个离子的模拟。清华大学Duan团队的研究人员通过实现具有512个离子的二维晶体的稳定捕获和冷却，创造了量子科学领域的首创。《南华早报》的报告补充说，这一成就被审稿人称赞为段及其同事发表研究成果的期刊上“一个值得认可的里程碑”。

迈向可扩展的量子系统

中国研究人员取得的这一壮举很重要，因为离子的可扩展性以前一直是量子计算中的一个问题。研究人员在一个稳定的量子模拟系统中展示了这种能力，该论文的另一位审稿人称其为世界上最大的模拟。量子模拟器是通过分析量子效应来帮助研究人员找到有关量子模型系统的答案的设备。它们是研究人员的流行工具，因为它们可以帮助推进有关量子系统的科学知识。

研究人员还完成了另一项模拟，使用300个离子量子比特成功完成了量子计算。《南华早报》的报道称，这种系统的计算能力已经是天文数字，远远超过了经典计算机的能力。这项研究使中国更接近于在未来建造大规模量子计算机，这是中国与美国直接竞争的领域。有趣的是，中国科学技术大学的博士生段先生在2018年回到中国之前，在美国任教了15年。研究结果于本周发表在《自然》杂志上。

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