我研制出完全可控的 新型量子模拟器

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记者日前从中国科大获悉，该校郭光灿院士团队成员李传锋与国外研究小组合作，成功研制出光子频率和相位均可调控的量子模拟器，通过编程控制即可实现任意的相位消相干过程。该成果近日发表在国际权威期刊《自然·通讯》上。

经典计算机的基本单元是比特，其值可以是0或1。环境干扰导致比特的值由0变为1，1变为0时，就会出错。而量子计算机的基本单元是量子比特，可以处于0和1的叠加状态。环境干扰下即使0和1能够保持不变，量子比特依然会出错，这是因为环境可以导致0和1之间的相位发生变化，从而改变整个量子比特导致出错，这个过程就是相位消相干，如何克服它是量子计算机研制过程中遇到的最大困难。如果能构造出完全可控的相位消相干研究平台，必将推进量子计算机的研制过程。

李传锋研究组在光学系统中完成了这一任务。他们把单个光子的偏振作为量子比特，而光子的频率作为环境，构造出完全可控相位演化量子模拟器。研究组通过巧妙的光路设计，把光子的频率分布转化到空间分布，并把两种偏振的光转变成两束平行光输入到空间光调制器上，通过对空间光调制器的编程控制可以构造出光子的任意频率分布和相位分布，从而实现任意的相位消相干过程。作为实例，研究组利用可控相位消相干量子模拟器研究了一个和横场伊辛（Ising）链相耦合的量子比特，展示了它在顺磁相、铁磁相以及相变点的三种完全不同的相位消相干过程。