20 比特量子芯片示意圖

　　8 月 9 日，《科學(xué)》雜志刊發(fā)了中國學(xué)者在量子計(jì)算研究中的新進(jìn)展。由浙江大學(xué)、中科院物理研究所、中科院自動(dòng)化研究所、北京計(jì)算科學(xué)研究中心等國內(nèi)單位組成的團(tuán)隊(duì)通力合作，開發(fā)出具有 20 個(gè)超導(dǎo)量子比特的量子芯片，并成功操控其實(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。

　　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。每增加一個(gè)量子比特，量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力將以指數(shù)倍增加。有報(bào)道指出，一臺(tái) 30 個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和一臺(tái)每秒萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算的經(jīng)典計(jì)算機(jī)水平相當(dāng)，是今天經(jīng)典臺(tái)式機(jī)速度的 1 萬倍。人們相信，一旦量子比特?cái)?shù)達(dá)到 50 以上，它就能在處理某些特定問題時(shí)展現(xiàn)超越超級計(jì)算機(jī)的運(yùn)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(jì)算的技術(shù)制高點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全局糾纏是檢驗(yàn)操縱是否成功的標(biāo)志。“高精度地操控它們，同時(shí)還能保持質(zhì)量穩(wěn)定，是一項(xiàng)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(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)利用這一芯片，生成并標(biāo)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(shí)看到了在經(jīng)驗(yàn)世界中看不到的現(xiàn)象，形象地說就是一只由 20 個(gè)人造原子構(gòu)成的‘貓’，薛定諤貓態(tài)。”論文共同第一作者、浙江大學(xué)物理系博士生宋超說。

　　在短短 187 納秒之內(nèi)（人眨一次眼所需時(shí)間的百萬分之一），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)。這“璀璨”的 187 納秒，見證了人類在量子計(jì)算研究道路上又邁出的一步。

　　“與世界上其他的超導(dǎo)量子芯片相比，我們研發(fā)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。”許凱總結(jié)道。

　　多比特量子糾纏態(tài)的實(shí)驗(yàn)制備是衡量量子計(jì)算平臺(tái)控制能力的關(guān)鍵標(biāo)志，國際競爭尤為激烈。據(jù)介紹，該工作最早于 5 月 1 日公布于預(yù)印本網(wǎng)站。5 月 14 日，美國 IBM 超導(dǎo)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)和哈佛大學(xué)里德堡原子團(tuán)隊(duì)也在預(yù)印本網(wǎng)站公布了類似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。三個(gè)工作報(bào)道的糾纏比特?cái)?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(tuán)隊(duì)收到了一封來自一位英國教授的郵件，對實(shí)驗(yàn)結(jié)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(bǔ)充了實(shí)驗(yàn)，更加充分地驗(yàn)證了我們的研究成果。”宋超說，在《科學(xué)》雜志刊發(fā)的論文中，研究團(tuán)隊(duì)特意致謝了這位素未謀面的英國教授。

　　相關(guān)論文信息：

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

總結(jié)

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