量子計(jì)算新進(jìn)展：中國學(xué)者實(shí)現(xiàn)20個(gè)超導(dǎo)量子比特糾纏

由浙江大學(xué)、中科院物理所、中科院自動(dòng)化所、北京計(jì)算科學(xué)研究中心等機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一款具有20個(gè)超導(dǎo)量子比特的量子芯片，并成功實(shí)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?cái)?shù)目的世界紀(jì)錄。這一量子計(jì)算新進(jìn)展于8月9日發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

記者在浙江大學(xué)借助顯微鏡看見，超導(dǎo)量子比特芯片的大小約為1平方厘米，20個(gè)量子比特均勻分布于中心諧振腔的周邊，猶如由中心樞紐貫通的各個(gè)支路。

據(jù)了解，這是浙江大學(xué)超導(dǎo)量子計(jì)算和量子模擬團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室迭代的第四代電路設(shè)計(jì)方案，目標(biāo)是讓任意兩個(gè)量子比特之間都能進(jìn)行直接“溝通”，實(shí)現(xiàn)全局糾纏。全局糾纏，是讓所有量子比特協(xié)同起來參與工作，量子操縱是量子計(jì)算的技術(shù)制高點(diǎn)，而實(shí)現(xiàn)全局糾纏是檢驗(yàn)操縱是否成功的標(biāo)志。

研究人員表示，計(jì)算機(jī)使用“0”和“1”進(jìn)行信息存儲(chǔ)與處理。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)里，一個(gè)比特就如一個(gè)普通開關(guān)，或0或1。量子計(jì)算機(jī)由于量子糾纏與疊加特性，一個(gè)量子比特可以同時(shí)代表0和1。“想象一枚擺在桌上靜止的硬幣，你只能看到它的正面或背面；當(dāng)你把它快速旋轉(zhuǎn)起來，你看到的既是正面，又是背面。于是，一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)就像許多硬幣同時(shí)翩翩起舞。”研究人員說。

在實(shí)驗(yàn)室控制條件下，研究人員在短短187納秒內(nèi)（人眨一下眼所需時(shí)間的百萬分之一），捕捉到了20個(gè)人造原子從“起跑”時(shí)的相干態(tài)，歷經(jīng)多次變身，最終形成同時(shí)存在兩種相反狀態(tài)的糾纏態(tài)。操控這些量子比特生成全局糾纏態(tài)，標(biāo)志著團(tuán)隊(duì)能夠真正調(diào)動(dòng)起這些量子比特。

量子比特?cái)?shù)是衡量量子計(jì)算機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。有研究認(rèn)為，一旦量子比特?cái)?shù)達(dá)到50以上，就能在處理某些特定問題時(shí)展現(xiàn)超越超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力。“我們的芯片擁有一個(gè)顯著特點(diǎn)，那就是所有比特之間都能夠進(jìn)行相互連接，這能夠提升量子芯片的運(yùn)行效率，也是我們能夠率先實(shí)現(xiàn)20比特糾纏的重要原因之一。” 研究人員介紹道。

封面圖片來源：攝圖網(wǎng)