中文摘要：

对量子多体系统实施有效的量子模拟是量子计算机的一项重要应用，成为了近期量子计算实验的研究重点和热点。本项目将在基于磁共振的自旋体系上开展量子模拟的实验研究，主要内容包括针对候选的样品分子，进行实验的分析和测定，确定其作为量子寄存器的可行性；选择被模拟的物理和化学问题，设计可行性量子模拟方案；运用平均哈密顿量理论，确立实现量子模拟的多脉冲序列；通过最优控制理论发展进行高精度、低噪声、自容错的量子相干控制技术；在这些基础上实验实现量子模拟任务，如量子相变，分子能量计算和化学动力学模拟等。我们试图通过这些实验的研究增进人们对量子力学基础和量子体系的静态和动态过程的认识，同时也加速量子信息技术的研究和发展，为进一步实现量子计算的规模化提供实验基础和经验。

结论摘要：

本项目基于磁共振的自旋体系开展了一系列量子模拟的实验研究，主要内容包括对不同的样品进行实验测定和分析，选择合适的样品作为量子寄存器；对一定被模拟的物理和化学问题，设计可行性量子模拟方案；运用平均哈密顿量理论和其他方法，获得实现量子模拟的多脉冲序列；通过最优控制理论提高量子相干控制技术的精度；在这些基础上我们实验实现了一系列关于量子相变，分子能量计算和化学动力学模拟等领域的量子模拟与量子计算任务，取得了多项有意义的成果，共发表SCI论文17篇，其中Nature子刊Scientific Reports 2篇, PRL 6篇，PRA 6篇，EPL 1篇，JCP 1篇。主要研究成果如下 1.在核磁共振模拟器上模拟氢分子体系，计算出氢分子的基态能量，实现了量子化学的静态模拟计算 [Phys. Rev. Lett. 104, 030502 (2010)]。 2.利用量子模拟手段，实验上第一次观测了XY模型基态几何相，揭示该模型的能级特征及量子相变现象 [Phys. Rev. Lett. 105, 240405 (2010)]。 3.在核磁共振模拟器中实验模拟了Heisenberg系统，解决了该体系的基态能级问题 [Scientific Reports 1,88 (2011)]。 4.以量子化学中的异构反应为例，将该化学反应涉及到的动能、势能、外加驱动场等各要素全部在核磁共振量子计算机上重现，成功实现了动力学反应的量子模拟 [Phys. Rev. Lett. 107, 020501 (2011)]。 5.首次利用核磁共振量子模拟器实验演示量子态的概率克隆过程 [Phys. Rev. Lett. 106, 180404 (2011)]。 6.提出了大数质因子分解绝热量子算法的改进方案，在核磁共振量子模拟器首次成功实现了三位数143的分解 [Phys. Rev. Lett.108, 130501 (2012)]。 7.提出了一种高效确定的量子算法用来解决寻找大整数的无平方因子数这个问题 [scientific reports 2，260 (2012)]。 8.其他关于量子算法和模拟及基本问题的相关研究。 这些研究利用量子信息技术来仿真凝聚态物理学及量子化学领域的重要问题，对多体系统的量子调控和量子计算在相关领域的应用具有重大意义，为进一步实现量子模拟的规模化提供实验基础和经验。