超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”問(wèn)世

桂運(yùn)安

不同“路線”，同樣“驚艷”。繼光量子計(jì)算原型機(jī)“九章”之后，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)又成功研制出62比特可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”，并實(shí)現(xiàn)可編程的二維量子行走。該成果5月7日在線發(fā)表于《科學(xué)》。

量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)，有望通過(guò)特定算法實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)加速。在量子計(jì)算諸多技術(shù)路線中，超導(dǎo)量子計(jì)算是最有希望實(shí)現(xiàn)可拓展量子計(jì)算的候選者之一，其核心目標(biāo)是增加集成的量子比特?cái)?shù)目、提升超導(dǎo)量子比特性能，高精度相干操控更多量子比特，最終應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題。利用量子疊加、量子干涉等特性的量子行走，是經(jīng)典隨機(jī)行走在量子力學(xué)中的拓展，在通用量子計(jì)算等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

2019年，潘建偉團(tuán)隊(duì)在一維鏈結(jié)構(gòu)12比特超導(dǎo)量子芯片上，實(shí)現(xiàn)12個(gè)量子比特糾纏“簇態(tài)”的制備，保真度達(dá)70%，打破了此前10個(gè)超導(dǎo)量子比特糾纏的紀(jì)錄。同時(shí)，他們開創(chuàng)性地將超導(dǎo)量子比特應(yīng)用于量子行走研究，為多體物理現(xiàn)象模擬和利用量子行走進(jìn)行通用量子計(jì)算研究奠定基礎(chǔ)。隨后，該團(tuán)隊(duì)將芯片結(jié)構(gòu)從一維擴(kuò)展到準(zhǔn)二維，制備出包含24個(gè)比特的高性能超導(dǎo)量子處理器，并首次在固態(tài)量子計(jì)算系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)超過(guò)20比特的高精度量子相干調(diào)控。

近期，該團(tuán)隊(duì)在自主研制二維結(jié)構(gòu)超導(dǎo)量子比特芯片的基礎(chǔ)上，成功構(gòu)建了世界上超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)目最多、包含62個(gè)比特的可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”，并在該系統(tǒng)上成功演示了二維可編程量子行走，觀察到單粒子、雙粒子激發(fā)情形下的量子行走現(xiàn)象。

相比于光量子計(jì)算等技術(shù)路線，超導(dǎo)量子計(jì)算系統(tǒng)具有更好的參數(shù)可調(diào)性，可滿足不同實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用需求。在超導(dǎo)量子處理器上成功演示可編程量子行走，是超導(dǎo)量子計(jì)算的重要里程碑，為在超導(dǎo)量子系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性奠定了重要技術(shù)基礎(chǔ)。