清华大学物理系金奇奂研究组合作在离子阱容错量子计算研究方面取得进展

如图1所示，在这项研究中，研究人员使用离子阱量子比特对费米-哈伯德模型进行量子编码，并通过对其中包含的全部多比特量子门进行误差标定，使用包含PEC在内的多种方式对量子线路进行蒙特卡洛采样，以获得经过误差缓解后的线路运行结果。图1(i)展示了应用量子误差缓解方案后的保真度提升，可以看到量子误差缓解方案获得了比较明显的效果，将线路中的平均多比特门操作保真度提高到99.75%。

图2.(a)-(d)含自旋且不考虑格点内相互作用的费米子模型模拟结果。(e)-(h)含自旋且考虑格点内相互作用的费米子模型模拟结果。(a)(e)原始数据。(b)(f)应用误差消除方案后的实验结果。(c)(g)使用不同误差消除方案后的结果保真度对比图。(d)(h)自旋-电荷分布概率

除此之外，研究人员将该方案扩展至最多四个费米子模式的量子模拟中。如图2所示，研究人员在四离子系统中通过对两个含自旋的费米子模型进行编码，分别模拟了不考虑格点内相互作用(图2a-d)和考虑格点内相互作用(图2e-h)两种情况下的量子模拟结果，通过提取其中的自旋和电荷分布(图2d,h)，可以观察到费米子的自旋-电荷分离，从而验证了误差缓解方案对于长量子线路的作用。

该工作已于12月7日以“囚禁离子系统中的误差缓解下相互作用费米子的量子模拟”(Error-mitigatedquantumsimulationofinteractingfermionswithtrappedions)为题发表在《npj量子信息》(npjQuantumInformation)上。

该论文的共同第一作者为清华物理系博士后陈文涛和中国人民大学物理系讲师张帅宁。共同通讯作者为张帅宁、中国工程物理研究院研究员李颖、北京量子信息科学研究院副研究员张静宁与清华物理系金奇奂教授。这项研究得到了量子科学技术创新计划和国家自然科学基金的资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41534-023-00784-8