20 比特量子芯片示意圖

　　8 月 9 日，《科學》雜志刊發(fā)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(fā)出具有 20 個超導量子比特的量子芯片，并成功操控其實現(xiàn)全局糾纏，刷新了固態(tài)量子器件中生成糾纏態(tài)的量子比特數(shù)目的世界紀錄。

　　量子比特數(shù)，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(shù)倍增加。有報道指出，一臺 30 個量子比特的量子計算機的計算能力和一臺每秒萬億次浮點運算的經典計算機水平相當，是今天經典臺式機速度的 1 萬倍。人們相信，一旦量子比特數(shù)達到 50 以上，它就能在處理某些特定問題時展現(xiàn)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(xié)同參與工作。量子操縱是量子計算的技術制高點，實現(xiàn)全局糾纏是檢驗操縱是否成功的標志。“高精度地操控它們，同時還能保持質量穩(wěn)定，是一項難度極大的挑戰(zhàn)。”論文共同第一作者、中科院物理所副研究員許凱介紹說。

　　實驗團隊利用這一芯片，生成并標定了 18 比特的全局糾纏的 GHZ 態(tài)，以及 20 比特的薛定諤貓態(tài)。“我們確實看到了在經驗世界中看不到的現(xiàn)象，形象地說就是一只由 20 個人造原子構成的‘貓’，薛定諤貓態(tài)。”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(tài)，歷經多次變身，最終形成同時存在兩種相反狀態(tài)的糾纏態(tài)。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芯片相比，我們研發(fā)的芯片擁有一個顯著特點，那就是所有比特之間都能夠進行相互連接，這能夠提升量子芯片的運行效率，也是我們能夠率先實現(xiàn) 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(tài)的實驗制備是衡量量子計算平臺控制能力的關鍵標志，國際競爭尤為激烈。據介紹，該工作最早于 5 月 1 日公布于預印本網站。5 月 14 日，美國 IBM 超導量子計算團隊和哈佛大學里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(shù)目基本持平，反映了以糾纏態(tài)制備為代表的多量子比特相干操控是目前努力的主要方向。

　　此外，5 月 2 日，我國團隊收到了一封來自一位英國教授的郵件，對實驗結果表示了贊賞。“他在信中提供了很好的研究建議，我們用他的方法補充了實驗，更加充分地驗證了我們的研究成果。”宋超說，在《科學》雜志刊發(fā)的論文中，研究團隊特意致謝了這位素未謀面的英國教授。

　　相關論文信息：

　　https://doi.org/10.1126/science.aay0600

總結

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