中國科學技術大學郭光燦院士團隊與國外研究小組合作，成功研制出光子頻率和相位均可調控的量子模擬器，通過編程控制即可實現(xiàn)任意的相位消相干過程。該成果有助于推進量子計算機的研制過程。該成果近日發(fā)表在國際權威期刊《自然 · 通訊》上。

科技日報消息，中國科學技術大學郭光燦院士團隊研制出完全可控的相位消相干量子模擬器。該團隊李傳鋒研究組與芬蘭圖爾庫大學的理論研究組合作，成功研制出光子頻率和相位均可調控的量子模擬器，通過編程控制即可實現(xiàn)任意的相位消相干過程。該成果 8 月 27 日發(fā)表在國際權威期刊《自然 · 通訊》上。

經(jīng)典計算機的基本單元是比特，其值可以是 0 或 1。環(huán)境干擾導致比特的值由 0 變?yōu)?1，1 變?yōu)?0 時，就會出錯。而量子計算機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，量子比特依然會出錯，這是因為環(huán)境可以導致 0 和 1 之間的相位發(fā)生變化，從而改變整個量子比特導致出錯，這個過程就是相位消相干，如何克服它是量子計算機研制過程中遇到的最大困難。如果能構造出完全可控的相位消相干研究平臺，必將推進量子計算機的研制過程。

實驗裝置圖

李傳鋒研究組在光學系統(tǒng)中完成了這一任務。他們把單個光子的偏振作為量子比特，而光子的頻率作為環(huán)境，構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計，把光子的頻率分布轉化到空間分布，并把兩種偏振的光轉變成兩束平行光輸入到空間光調制器上，通過對空間光調制器的編程控制可以構造出光子的任意頻率分布和相位分布，從而實現(xiàn)任意的相位消相干過程。

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

編程實現(xiàn)各種復雜的頻率分布圖和相位分布圖

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驗平臺。如何把這一量子模擬器推廣到多光子情況，將是研究組進一步研究的問題。

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、國家自然科學基金委、中科院、教育部的資助。