中國學者開發出具有20個超導量子比特的量子晶元

　　來源：中國科學報

　　本報訊 8月9日，《科學》雜誌刊發了中國學者在量子計算研究中的新進展。由浙江大學、中科院物理研究所、中科院自動化研究所、北京計算科學研究中心等國內單位組成的團隊通力合作，開發出具有20個超導量子比特的量子晶元，並成功操控其實現全局糾纏，刷新了固態量子器件中生成糾纏態的量子比特數目的世界紀錄。

　　量子比特數，是衡量量子計算機性能的重要指標之一。每增加一個量子比特，量子計算機的運算能力將以指數倍增加。有報道指出，一台30個量子比特的量子計算機的計算能力和一台每秒萬億次浮點運算的經典計算機水平相當，是今天經典台式機速度的1萬倍。人們相信，一旦量子比特數達到50以上，它就能在處理某些特定問題時展現超越超級計算機的運算能力。

　　全局糾纏，通俗的理解就是讓所有量子比特協同參與工作。量子操縱是量子計算的技術制高點，實現全局糾纏是檢驗操縱是否成功的標誌。「高精度地操控它們，同時還能保持質量穩定，是一項難度極大的挑戰。」論文共同第一作者、中科院物理所副研究員許凱介紹說。

　　實驗團隊利用這一晶元，生成並標定了18比特的全局糾纏的GHZ態，以及20比特的薛定諤貓態。「我們確實看到了在經驗世界中看不到的現象，形象地說就是一隻由20個人造原子構成的『貓』，薛定諤貓態。」論文共同第一作者、浙江大學物理系博士生宋超說。

　　在短短187納秒之內（人眨一次眼所需時間的百萬分之一），20個人造原子從「起跑」時的相干態，歷經多次變身，最終形成同時存在兩種相反狀態的糾纏態。這「璀璨」的187納秒，見證了人類在量子計算研究道路上又邁出的一步。

　　「與世界上其他的超導量子晶元相比，我們研發的晶元擁有一個顯著特點，那就是所有比特之間都能夠進行相互連接，這能夠提升量子晶元的運行效率，也是我們能夠率先實現20比特糾纏的重要原因之一。」許凱總結道。

　　多比特量子糾纏態的實驗製備是衡量量子計算平台控制能力的關鍵標誌，國際競爭尤為激烈。據介紹，該工作最早於5月1日公佈於預印本網站。5月14日，美國IBM超導量子計算團隊和哈佛大學裡德堡原子團隊也在預印本網站公布了類似的實驗結果。三個工作報道的糾纏比特數目基本持平，反映了以糾纏態製備為代表的多量子比特相干操控是目前努力的主要方向。（崔雪芹）

　　相關論文信息：https：//doi.org/10.1126/science.aay0600

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