如圖1所示，在這項(xiàng)研究中，研究人員使用離子阱量子比特對(duì)費(fèi)米-哈伯德模型進(jìn)行量子編碼，并通過(guò)對(duì)其中包含的全部多比特量子門進(jìn)行誤差標(biāo)定，使用包含PEC在內(nèi)的多種方式對(duì)量子線路進(jìn)行蒙特卡洛采樣，以獲得經(jīng)過(guò)誤差緩解后的線路運(yùn)行結(jié)果。圖1(i)展示了應(yīng)用量子誤差緩解方案后的保真度提升，可以看到量子誤差緩解方案獲得了比較明顯的效果，將線路中的平均多比特門操作保真度提高到99.75%。

圖2.(a)-(d)含自旋且不考慮格點(diǎn)內(nèi)相互作用的費(fèi)米子模型模擬結(jié)果。(e)-(h)含自旋且考慮格點(diǎn)內(nèi)相互作用的費(fèi)米子模型模擬結(jié)果。(a)(e)原始數(shù)據(jù)。(b)(f)應(yīng)用誤差消除方案后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(c)(g)使用不同誤差消除方案后的結(jié)果保真度對(duì)比圖。(d)(h)自旋-電荷分布概率

除此之外，研究人員將該方案擴(kuò)展至最多四個(gè)費(fèi)米子模式的量子模擬中。如圖2所示，研究人員在四離子系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)兩個(gè)含自旋的費(fèi)米子模型進(jìn)行編碼，分別模擬了不考慮格點(diǎn)內(nèi)相互作用(圖2a-d)和考慮格點(diǎn)內(nèi)相互作用(圖2e-h)兩種情況下的量子模擬結(jié)果，通過(guò)提取其中的自旋和電荷分布(圖2d,h)，可以觀察到費(fèi)米子的自旋-電荷分離，從而驗(yàn)證了誤差緩解方案對(duì)于長(zhǎng)量子線路的作用。

該工作已于12月7日以“囚禁離子系統(tǒng)中的誤差緩解下相互作用費(fèi)米子的量子模擬”(Error-mitigatedquantumsimulationofinteractingfermionswithtrappedions)為題發(fā)表在《npj量子信息》(npjQuantumInformation)上。

該論文的共同第一作者為清華物理系博士后陳文濤和中國(guó)人民大學(xué)物理系講師張帥寧。共同通訊作者為張帥寧、中國(guó)工程物理研究院研究員李穎、北京量子信息科學(xué)研究院副研究員張靜寧與清華物理系金奇奐教授。這項(xiàng)研究得到了量子科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41534-023-00784-8