近日，我系教授李晓鹏课题组与ICIQ开源社区的戚晓东博士合作，在光晶格可编程量子模拟研究方向取得重要突破。10月16日，研究成果以《基于光晶格的精确可编程量子模拟》（“Precise Programmable Quantum Simulations with Optical Lattices”） 为题在线发表于npj Quantum Information 6, 87 (2020)。

在众多量子硬件体系中，冷原子光晶格系统是一个具有独特可拓展优势的量子模拟平台。研究表明量子计算可以高效解决的问题亦可以通过可编程量子模拟等效地求解。而此前发展的光晶格实验技术不具有完全的可编程能力，故不能用以求解一般的复杂计算问题。基于近期实验中发展的光晶格数字微镜技术，李晓鹏课题组开发了一套高效的精确量子模拟编码方案。

此项研究主要包含两个模块，一是根据可控的光晶格势场计算出精确的格点模型；二是根据目标模型反向设计可控光晶格势场。研究构造了一种Wegner流方程，用以高效提取光晶格的精确格点模型，严格证明了流方程的指数收敛性，并给出了收敛速度的严格下限。同时，该数学证明也表明了模型严格的局域性，基于此，光晶格的反向设计过程可以分块进行。整个方案的经典计算复杂度做到了最优的低阶多项式。工作进一步指出光晶格精确可编程量子模拟方案让冷原子系统得以实现可自我验证的量子玻色采样，其他系统无法做到。

研究为光晶格量子模拟提供了全新的视野和想象空间。结合原子系统天然的规模可拓展优势，基于光晶格的大尺度可编程量子模拟有潜力成为展示显著量子计算优势的平台。

该工作由我系李晓鹏课题组和ICIQ开源社区的戚晓东博士合作完成。工作获得复旦大学物理系、应用与表面物理国家重点实验室、上海量子科学中心、国家重点研发计划、基金委重点和面上项目以及国家博士后创新研究计划的资助。论文的第一单位为复旦大学，李晓鹏为通讯作者，本系博士后（邱型泽）和学生（邹杰）分别为第一和第二作者。