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)中實現(xiàn)了嵌入式量子模擬器。該項研究成果《嵌入式量子模擬器中的時間反演和電荷共軛》（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程在擴(kuò)展空間中被映射為幺正操作。
量子模擬器是用來演示理想量子模型的屬性的儀器，它使我們能夠研究通過經(jīng)典方式無法高效地模擬的量子系統(tǒng)。然而，由于量子系統(tǒng)不能實現(xiàn)反幺正過程，量子模擬器還不能實現(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)和相對論的量子場論有著深刻的聯(lián)系，比如分立對稱操作——電荷共軛和實踐反演操作都包含復(fù)共軛操作。
通過引入擴(kuò)展空間和被稱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)中實現(xiàn)了復(fù)共軛和上述對稱操作。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。金奇奐研究組的實驗實現(xiàn)可以被應(yīng)用于大量需要“非物理”操作的量子計算和模擬中。該實驗探索了量子模擬領(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量具有物理意義的非可觀測量，比如糾纏單調(diào)和多重時間糾纏等。
圖2：動量空間中的Majorana動力學(xué)演化過程中的時間反演和電荷共軛。該粒子的時間演化是由Majorana方程決定的，對稱操作發(fā)生在演化的中點t=4。 a,b. 在時間反演操作之后，Majorana粒子的動量和速度同時反號。 c,d. 從定義上說，粒子和相應(yīng)的反粒子具有相反的動量，但它們的速度卻是一樣的。因此，在電荷共軛操作之后，只有動量反號，而Majorana粒子的速度保持不變。
該項實驗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。此項研究工作由國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、國家自然科學(xué)基金支持。
論文鏈接參見：http://www.nature.com/ncomms/2015/150804/ncomms8917/full/ncomms8917.html
供稿：交叉信息研究院 編輯：襄樺
