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学术报告


6月6日张翔报告

发布时间:2017-06-05

报告时间:6月6日 周二 上午10:00

报告地实验室一楼会议室

报告人:张翔博士(中国人民大学物理系)

报告题目:Quantum Computation and Simulation with Trapped Ions

报告摘要:

    在规模可扩展的通用量子计算机的众多物理实现方案中,囚禁离子系统是最有希望的系统架构方案之一。首先它的基本操作具有很高的保真度。其次囚禁离子作为存储量子比特具有很长的相干时间。最为重要的一点是,存在几种非常有希望的策略能将囚禁离子系统的规模扩展到任意多的量子比特。与此同时,囚禁离子系统也在量子计算算法与量子模拟模型的物理实验方面表现出崭新而独特的潜力。为了在我们的实验平台上探寻与研究囚禁离子系统这些重要的特性,我们首先制造了一套囚禁镱离子实验系统,并在系统上实现了大量的量子操作。这是一套高性能的量子计算机系统,系统的量子操作具有很高的保真度,我们自行研制开发的集成化自动控制系统也赋予了整个实验系统极强的功能性与可操作性。

    我们在系统上完成了许多重要的量子计算与量子模拟实验。首先我们通过微波实现了对单离子超精细能级的任意量子操作,并在此基础上首次在一个三能级不可分量子系统中完成了对量子互文性的态无关实验验证【1】。实验中我们成功地观察到了与经典力学相违背的现象,该现象表明量子互文性是一种来源于量子力学根本原则的特性。然后我们发展了多重微波关键技术,实现了对镱离子超精细结构里的全部四个能级所张成的Hilbert空间的任意操控。并在该实验技术的基础上发展了一套嵌入式量子模拟器的实验模型,应用该实验模型我们首次对在现有酉演化及耗散演化模型解释范围之外的“反常”物理现象进行了模拟【2】。该实验不仅首次实现了许多具有重要意义的反线性操作,包括复共轭操作以及一些对称操作,还推翻了之前一个错误的认识:人们认为量子力学本质上是线性的,所以基于量子力学的量子器件一定不能模拟反线性操作。接下来我们通过一组锁模脉冲激光实现了囚禁离子的受激Raman跃迁,从而能够对镱离子振动自由度进行操作,将我们系统的量子操控能力推进到了更高的层次。利用这套新功能,我们首次在离子阱系统里实现了对玻色子与费米子量子场模式相互作用的量子实验模拟,观察到了诸如自作用、粒子产生湮灭以及非微扰机制等许多重要量子场论实验现象【3】。我们的实验方案具有高度的可扩展性,将来扩展到对多粒子系统进行模拟时,有希望超越在经典计算机上进行量子场论计算的极限。

参考文献:
[1] Xiang Zhang, et al., Phys. Rev. Lett., 110:070401 (2013)
[2] Xiang Zhang, et al., Nature Communications, 6:7917 (2015)
[3] Xiang Zhang, et al., arXiv:1611.00099 (2016)