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中国科学家研制出24个比特的高性能超导量子处理

中国学者在超导量子计算研究中取得重要进展

观察者网6日从中国科技大学获悉,该校潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的超导量子实验团队,联合中国科学院物理研究所范桁理论小组,在超导量子计算实验领域取得重要进展,在一个集成了24个量子比特的超导量子处理器上,通过对超过20个超导量子比特的高精度相干调控,实现了 Bose-Hubbard 梯子模型多体量子系统的模拟。该研究成果于7月30日在线发表在国际权威期刊《物理评论快报》上。

中新社合肥5月5日电 记者5日从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟、朱晓波和彭承志等组成的超导量子实验团队,联合中国科学院物理研究所范桁等理论小组,开创性地将超导量子比特应用到量子随机行走的研究中。

据介绍,超导量子计算被普遍认为是最有可能率先实现实用化量子计算的方案之一,因而备受关注。作为量子计算的基本单元——量子比特不同于非“0”即“1”的经典比特,可以处于“0”态和“1”态之间的所谓“量子相干叠加态”。当人们把量子叠加拓展到多量子比特体系,就自然导致了量子纠缠的概念。多个量子比特一旦实现了相干叠加,其代表的状态空间将会随着量子比特的数目指数增加。

据介绍,该工作将对未来多体物理现象的模拟以及利用量子随机行走进行通用量子计算研究产生重要影响。

这也被认为是量子计算能够有指数加速能力的根源所在。目前超导量子计算的核心目标正是如何同步地增加所集成的量子比特数目以及提升超导量子比特性能,从而能够高精度相干操控更多的量子比特,实现对特定问题处理速度上的指数加速,并最终应用于实际问题中。

这一重要研究成果近日在线发表在国际权威学术期刊《科学》上。

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量子随机行走是经典随机行走在量子力学中的拓展,其本身可以模拟多体物理体系的量子行为,并且理论上最终可用于通用量子计算,因而引发了高度关注。

近年来,潘建伟团队瞄准超导量子计算的核心目标,取得一系列重要进展。2019年初,他们在一维链结构12个比特超导量子芯片上实现了最大规模的超导量子比特纠缠态12比特“簇态”的制备,保真度达到70%,打破此前创造的10个超导量子比特纠缠的纪录。随后,该团队开创性地将超导量子比特应用到量子行走研究中,为未来多体物理现象的模拟以及利用量子行走进行通用量子计算的研究奠定了基础。

潘建伟教授等人通过设计,成功实现12个超导量子比特的多体真纠缠态“簇态”的制备。这个新的工作打破了此前由中国科大、浙江大学、中科院物理所联合研究组创造的10个超导量子比特纠缠的记录。

潘建伟团队以24个比特超导量子处理器为平台,开展量子多体系统动力学问题的模拟研究,在超导量子芯片上实现了对Bose-Hubbard梯子模型多体量子系统的模拟,观察到了单激发和双激发两种模式下完全不同的独特动力学过程,显示了超导量子芯片作为量子模拟平台的强大应用潜力,对强关联多体系统统计学特性研究有重要的指导意义,为利用多量子比特系统研究多体物理系统奠定了基础。

据科研人员介绍,这一记录也是目前固态量子系统内最大的多体真纠缠比特数目,标志着中国科大自主研制的超导量子计算系统的整体性能已达到国际最先进的水平,为下一步实现大规模随机线路采样等“量子霸权”问题和可扩展单向量子计算奠定了基础。

论文链接:

相关论文信息:DOI: 10.1126/science.aaw1611

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