量子行走（QW）是经典随机行走的量子力学模拟，描述量子行走器在晶格上的传播。与经典随机游走不同，QW产生大规模量子叠加态和纠缠，允许经典不可用的应用，例如模拟多体量子生物，化学和物理系统，并且开发量子算法比经典计算指数更快。 QW已经在许多物理系统中进行了研究，包括光子，核磁共振，捕获离子，超导量子位和中性原子。这些研究可用于进一步研究量子动力学现象，如纠缠态工程，动态相变和热化与局部化。


超导处理器的1D晶格中的一个和两个光子的QW


在具有有限范围相互作用的系统中，单个粒子的QW显示在由Lieb-Robinson边界限制的线性光锥内的相关性传播，在7个离子自旋链中实现以进行纠缠。相互作用系统中的多粒子QW，例如Bose-Hubbard模型，能够执行通用量子计算。


利用11个超导量子比特的一维阵列（从Q1到Q11）在单个光子的量子行走中传播量子信息

在这里，研究人员使用超导量子比特作为具有高保真操作和断层扫描读数的人工原子，在12比特的超导处理器上研究了一个和两个强相关微波光子的连续时间QW。有趣的是，该研究观察到基本量子效应，包括叠加态量子信息的光锥传播，特别是量子比特对之间的纠缠，以及时间演化相关的奇异行为，表示光子反聚束与有吸引力的相互作用。


在12个超导量子比特的一维阵列上具有两个相同光子的量子行走中的光子反聚束和费米子化

总而言之，该研究通过实验证明了具有短程相互作用的一维超导量子比特阵列中的一个和两个强相互作用光子的QW。 另外，还观察到量子信息的光锥状传播，特别是纠缠，以及双光子HBT干涉的光子反聚束。 研究结果可以扩展到经典模拟之外的几十个量子比特，并为进一步研究多体动力学现象和通用量子计算奠定了基础。

参考信息：
https://science.sciencemag.org/content/early/2019/05/01/science.aaw1611