如圖1所示，在這項研究中，研究人員使用離子阱量子比特對費米-哈伯德模型進行量子編碼，并通過對其中包含的全部多比特量子門進行誤差標定，使用包含PEC在內(nèi)的多種方式對量子線路進行蒙特卡洛采樣，以獲得經(jīng)過誤差緩解后的線路運行結(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內(nèi)相互作用的費米子模型模擬結(jié)果。(e)-(h)含自旋且考慮格點內(nèi)相互作用的費米子模型模擬結(jié)果。(a)(e)原始數(shù)據(jù)。(b)(f)應(yīng)用誤差消除方案后的實驗結(jié)果。(c)(g)使用不同誤差消除方案后的結(jié)果保真度對比圖。(d)(h)自旋-電荷分布概率

除此之外，研究人員將該方案擴展至最多四個費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)中通過對兩個含自旋的費米子模型進行編碼，分別模擬了不考慮格點內(nèi)相互作用(圖2a-d)和考慮格點內(nèi)相互作用(圖2e-h)兩種情況下的量子模擬結(jié)果，通過提取其中的自旋和電荷分布(圖2d,h)，可以觀察到費米子的自旋-電荷分離，從而驗證了誤差緩解方案對于長量子線路的作用。

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人民大學物理系講師張帥寧。共同通訊作者為張帥寧、中國工程物理研究院研究員李穎、北京量子信息科學研究院副研究員張靜寧與清華物理系金奇奐教授。這項研究得到了量子科學技術(shù)創(chuàng)新計劃和國家自然科學基金的資助。

論文鏈接：

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