金奇奐研究組在《自然·通訊》發(fā)表論文
首次在離子阱系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)嵌入式量子模擬器
清華新聞網(wǎng)8月7日電 清華大學(xué)交叉信息研究院量子信息中心金奇奐副教授所帶領(lǐng)的離子阱研究小組近日首次在離子阱系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了嵌入式量子模擬器。該項(xiàng)研究成果《嵌入式量子模擬器中的時(shí)間反演和電荷共軛》（Time Reversal and Charge Conjugation in an Embedding Quantum Simulator）于8月4日發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊上。該文章的通訊作者是交叉信息研究院金奇奐副教授和張靜寧助理研究員，第一作者是研究院在讀博士研究生張翔。
圖1：離子阱系統(tǒng)中的嵌入式量子模擬器。上半部分和下半部分分別表示原始和擴(kuò)展空間。 被量子力學(xué)基本原理所禁止的非物理過(guò)程在擴(kuò)展空間中被映射為幺正操作。
量子模擬器是用來(lái)演示理想量子模型的屬性的儀器，它使我們能夠研究通過(guò)經(jīng)典方式無(wú)法高效地模擬的量子系統(tǒng)。然而，由于量子系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)反幺正過(guò)程，量子模擬器還不能實(shí)現(xiàn)某些基本的代數(shù)運(yùn)算，比如復(fù)共軛操作。而復(fù)共軛操作與結(jié)合量子力學(xué)和相對(duì)論的量子場(chǎng)論有著深刻的聯(lián)系，比如分立對(duì)稱(chēng)操作——電荷共軛和實(shí)踐反演操作都包含復(fù)共軛操作。
通過(guò)引入擴(kuò)展空間和被稱(chēng)作嵌入式量子模擬器的新概念，金奇奐研究組首次在離子阱系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了復(fù)共軛和上述對(duì)稱(chēng)操作。嵌入式量子模擬器是由西班牙巴斯克大學(xué)的Enrique Solano教授研究組提出的。金奇奐研究組的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)可以被應(yīng)用于大量需要“非物理”操作的量子計(jì)算和模擬中。該實(shí)驗(yàn)探索了量子模擬領(lǐng)域的全新方向，將“非物理”操作引入到量子模擬工具箱中。嵌入式量子模擬器也可以被用于測(cè)量具有物理意義的非可觀(guān)測(cè)量，比如糾纏單調(diào)和多重時(shí)間糾纏等。
圖2：動(dòng)量空間中的Majorana動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程中的時(shí)間反演和電荷共軛。該粒子的時(shí)間演化是由Majorana方程決定的，對(duì)稱(chēng)操作發(fā)生在演化的中點(diǎn)t=4。 a,b. 在時(shí)間反演操作之后，Majorana粒子的動(dòng)量和速度同時(shí)反號(hào)。 c,d. 從定義上說(shuō)，粒子和相應(yīng)的反粒子具有相反的動(dòng)量，但它們的速度卻是一樣的。因此，在電荷共軛操作之后，只有動(dòng)量反號(hào)，而Majorana粒子的速度保持不變。
該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的主要工作由交叉信息研究院的博士研究生張翔、沈楊超和張君華進(jìn)行。除通訊作者之外，其他作者還包括清華大學(xué)的翁文康博士以及巴斯克大學(xué)的Jorge Casanova博士、Lucas Lamata博士、Enrqiue Solano教授。此項(xiàng)研究工作由國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金支持。
論文鏈接參見(jiàn)：http://www.nature.com/ncomms/2015/150804/ncomms8917/full/ncomms8917.html
供稿：交叉信息研究院 編輯：襄樺
