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據(jù)中科大官網(wǎng)消息，量子計(jì)算機(jī)研制又前進(jìn)一大步！繼8.24發(fā)表在《自然·通訊》，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)跨越三個(gè)自由度的復(fù)用量子存儲(chǔ)，并展示了時(shí)間和頻率自由度的任意光子脈沖操作功能的重大成果后，郭光燦院士團(tuán)隊(duì)再次研制出完全可控相位消相干量子模擬器。

該團(tuán)隊(duì)李傳鋒研究組與芬蘭圖爾庫(kù)大學(xué)的理論研究組合作，成功研制出光子頻率和相位均可調(diào)控的量子模擬器，通過編程控制即可實(shí)現(xiàn)任意的相位消相干過程。該成果8月27日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《自然·通訊》上。

經(jīng)典計(jì)算機(jī)的基本單元是比特，其值可以是0或1。環(huán)境干擾導(dǎo)致比特的值由0變?yōu)?，1變?yōu)?時(shí)，就會(huì)出錯(cuò)。而量子計(jì)算機(jī)的基本單元是量子比特，可以處于0和1的疊加狀態(tài)。環(huán)境干擾下即使0和1能夠保持不變，量子比特依然會(huì)出錯(cuò)，這是因?yàn)榄h(huán)境可以導(dǎo)致0和1之間的相位發(fā)生變化，從而改變整個(gè)量子比特導(dǎo)致出錯(cuò)，這個(gè)過程就是相位消相干，如何克服它是量子計(jì)算機(jī)研制過程中遇到的最大困難。如果能構(gòu)造出完全可控的相位消相干研究平臺(tái)，必將推進(jìn)量子計(jì)算機(jī)的研制過程。

李傳鋒研究組在光學(xué)系統(tǒng)中完成了這一任務(wù)。他們把單個(gè)光子的偏振作為量子比特，而光子的頻率作為環(huán)境，構(gòu)造出完全可控相位演化量子模擬器。研究組通過巧妙的光路設(shè)計(jì)，把光子的頻率分布轉(zhuǎn)化到空間分布，并把兩種偏振的光轉(zhuǎn)變成兩束平行光輸入到空間光調(diào)制器上，通過對(duì)空間光調(diào)制器的編程控制可以構(gòu)造出光子的任意頻率分布和相位分布，從而實(shí)現(xiàn)任意的相位消相干過程。

編程實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的頻率分布圖和相位分布圖

作為實(shí)例，研究組利用可控相位消相干量子模擬器研究了一個(gè)和橫場(chǎng)伊辛（Ising）鏈相耦合的量子比特，展示了它在順磁相、鐵磁相以及相變點(diǎn)的三種完全不同的相位消相干過程。

完全可控相位消相干量子模擬器將為研究任意物理系統(tǒng)的相位消相干和研究開放量子系統(tǒng)的基本物理問題提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。如何把這一量子模擬器推廣到多光子情況，將是研究組進(jìn)一步研究的問題。

博士研究生劉曌地為論文的共同第一作者。該工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院、教育部的資助。

論文鏈接：Experimental implementation of fully controlled dephasing dynamics and synthetic spectral densities