|簡體中文

比思論壇

 找回密碼
 按這成為會員
搜索



查看: 416|回復: 0
打印 上一主題 下一主題

清华实现基本多体模型的离子阱量子模拟,超越经典模拟

[複製鏈接]

5229

主題

1

好友

1萬

積分

教授

Rank: 8Rank: 8

  • TA的每日心情

    2024-4-17 22:16
  • 簽到天數: 247 天

    [LV.8]以壇為家I

    推廣值
    0
    貢獻值
    1
    金錢
    7461
    威望
    15989
    主題
    5229
    跳轉到指定樓層
    樓主
    發表於 2022-6-11 11:21:38 |只看該作者 |倒序瀏覽

    近日,清华大学段路明研究组在离子阱量子模拟领域取得重要进展,首次在实验中实现拉比-哈伯德(Rabi-Hubbard)模型,超越目前经典超级计算机的模拟能力,是通向大规模离子阱量子计算与模拟的重要一步。

    拉比-哈伯德模型由量子光学和凝聚态物理学中的两个基本模型——拉比模型和哈伯德模型结合而成。拉比模型可追溯到1936年,描述了光场与物质的相互作用;哈伯德模型起源于1963年,是描述晶格中粒子相互作用的最基本模型,现已发展为凝聚态物理学中众多领域研究的出发点。而拉比-哈伯德模型包含了局域的拉比模型自旋-声子相互作用以及格点之间的声子-声子相互作用,二者结合使得该模型表现出丰富的物理特性。该模型的实验方案最初在腔量子电动力学系统中提出,但由于技术上的困难此前未在实验上实现。

    此次,清华大学交叉信息研究院段路明研究组首次在实验中实现了前述模型,并验证了该模型的量子相变和量子动力学过程。团队通过对16个离子和16个简谐振动模式的操控,将该量子模拟问题的有效空间维度达到了257,超越现有经典超级计算机所能达到的模拟能力。相关成果近日发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

    得益于离子阱量子模拟平台的高度可控性,研究人员实现了对拉比-哈伯德模型的可控量子模拟研究。团队通过对激光的精密操控,实现了离子量子比特与局域声子的相互作用,而离子阱系统中的库伦相互作用形成了不同离子间的局域声子交换项。

    此外,研究人员还通过量子相变和量子动力学两个方面验证了拉比-哈伯德模型的成功实现。在量子相变方面,团队通过绝热演化实现了相干相和非相干相之间的转化,在此过程中通过测量空间自旋关联这一序参量,成功在不同规模的离子阵列中观测到量子相变现象,且与DMRG方法近似计算的结果相符。DMRG即密度矩阵重整化群,是一种用来精准计算量子多体系统的数值算法,1992年由美国物理学家Steven R. White提出。

    在量子动力学方面,拉比-哈伯德模型包含了离子的自旋模式和空间振动模式的相互耦合,这显著增加了该系统有效的希尔伯特空间(Hilbert Space)维度,使得经典模拟难度增加。研究人员在小规模体系(即2离子、4离子)下观测到了符合经典模拟预期的量子动力学演化,与量子相变一同证明,团队在实验中成功实现了拉比-哈伯德模型。

    而在大规模体系(即16离子)和强耦合参数区间,常用的经典近似方法将不再适用。清华团队实验系统的有效态空间维度高达257,相关动力学过程难以通过经典计算机进行模拟计算。

    前述研究展示了基于离子阱平台的量子多体模拟,将空间振动自由度引入量子模拟中,实现了经典计算机难以计算的问题规模,是通向未来大规模离子阱量子计算、量子模拟的重要一步。

    论文共同第一作者为清华大学交叉信息研究院博士生梅全鑫、李博文和助理教授吴宇恺,通讯作者为段路明教授,其他作者包括博士生王也、副研究员周子超、以及华翊量子公司的研究员蔡明磊、姚麟。项目获得清华大学自主科研计划、北京量子信息科学研究院、国家重点研发计划、教育部量子信息前沿科学中心、清华大学水木学者项目、博士后国际交流计划引进项目、清华大学科研启动基金的资助与支持。


    您需要登錄後才可以回帖 登錄 | 按這成為會員

    重要聲明:本論壇是以即時上載留言的方式運作,比思論壇對所有留言的真實性、完整性及立場等,不負任何法律責任。而一切留言之言論只代表留言者個人意見,並非本網站之立場,讀者及用戶不應信賴內容,並應自行判斷內容之真實性。於有關情形下,讀者及用戶應尋求專業意見(如涉及醫療、法律或投資等問題)。 由於本論壇受到「即時上載留言」運作方式所規限,故不能完全監察所有留言,若讀者及用戶發現有留言出現問題,請聯絡我們比思論壇有權刪除任何留言及拒絕任何人士上載留言 (刪除前或不會作事先警告及通知 ),同時亦有不刪除留言的權利,如有任何爭議,管理員擁有最終的詮釋權。用戶切勿撰寫粗言穢語、誹謗、渲染色情暴力或人身攻擊的言論,敬請自律。本網站保留一切法律權利。

    手機版| 廣告聯繫

    GMT+8, 2024-12-9 18:34 , Processed in 0.013620 second(s), 16 queries , Gzip On, Memcache On.

    Powered by Discuz! X2.5

    © 2001-2012 Comsenz Inc.

    回頂部