俘获离子量子计算机是一种量子设备，其中俘获的离子一起振动，并与外部环境完全隔离。这些计算机对于研究和实现各种量子物理状态特别有用。

最近，NIST/马里兰大学和杜克大学的研究人员利用俘获离子量子计算机实现测量了两个诱导的量子相，即在纯化相变期间的纯相和混合相(或编码相)。他们的这一发现发表在《Nature Physics》上的一篇论文中，它将有助于对多体量子系统的实验理解。

进行这项研究的研究人员之一Crystal Noel说：“我们的方法基于Michael Gullans和David Huse的工作，他们在随机量子电路中确定了一种测量诱导出的净化过渡。我们论文的主要目的是使用量子计算机通过实验观察这一关键现象。”

为了测量Gullans和Huse首次提出的净化相变，研究人员必须平均从几个随机电路收集的数据。此外，他们收集的测量数据包括酉测量和投影测量。

Noel解释说：“通过从具有高熵或信息的混合状态开始，然后进化电路，电路末端的熵表明信息是否已丢失，或者换句话说，可以检查系统是否已净化。我们在电路演化后测量了系统的熵，同时调整了过渡期间的测量速率。”

根据理论预测，该团队探测的净化相变应该出现在一个临界点，它类似于容错阈值。Noel和她的同事在随机电路上进行了实验，这些电路经过了优化，可以很好地与他们的离子阱量子计算机配合使用。这使得他们能够使用一个相对较小的系统来观察净化的不同阶段。

Noel说：“由于需要大型系统、中间电路测量以及对许多随机电路进行平均需要大量的计算时间，因此很难观察到这种性质的关键现象。我们找到了一种方法，使我们研究的模型适合现有的系统，并表明通过一个最小的模型仍然可以观察到关键现象。”

利用他们的捕获离子量子计算机，该团队能够探测纯化相变的纯相和混合相(或编码相)。在这些状态中的第一种状态中，系统被快速地投影到与测量结果相关的纯状态。第二种状态中，系统的初始状态被部分编码到一个量子纠错编码空间中，它可以更长时间地保留系统对其初始状态的记忆。

Noel和她的同事在他们的离子阱量子计算机中成功实现了这两个净化过渡的阶段，这可能会启发其他团队使用类似的系统来探测物质的其他量子阶段。在他们的下一项工作中，研究人员将继续使用同一台计算机——该计算机现已移至新杜克量子中心——以研究其他物理现象。最近这项研究的首席研究员Chris Monroe现在是该中心的主任，他将领导利用捕获离子量子计算机进行的下一步研究工作。

Monroe说：“我们现在计划使用我们的俘获离子量子计算机继续研究随机电路中的关键现象。我们将添加更多的量子比特和中间电路测量以增加硬件能力。我们将努力寻找新的可观察的和有趣的转变，类似于在这里观察到的，这样做是为了更普遍地了解更多关于量子计算和开放量子系统的信息。”（编译:Qtech）