IT之家 7 月 13 日消息，中國(guó)研究人員已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn) 51 個(gè)超導(dǎo)量子比特簇態(tài)制備和驗(yàn)證，刷新了所有量子系統(tǒng)中真糾纏比特?cái)?shù)目的世界紀(jì)錄，并首次演示了基于測(cè)量的變分量子算法。
該研究由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、朱曉波、彭承志團(tuán)隊(duì)和北京大學(xué)袁驍?shù)瓤蒲腥藛T合作完成，相關(guān)研究成果已于 7 月 12 日發(fā)表于《自然》雜志（IT之家附 DOI：10.1038 / s41586-023-06195-1）。
大規(guī)模的真糾纏態(tài)制備要求高連通性的量子系統(tǒng)、高保真的多比特量子門以及高效準(zhǔn)確的量子態(tài)保真度表征手段，由于難以實(shí)現(xiàn)對(duì)量子系統(tǒng)性能、操控能力以及驗(yàn)證手段的這些要求，此前真糾纏比特的規(guī)模未能突破 24 個(gè)量子比特。
實(shí)際上，此前也曾有人嘗試使用大量量子比特來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但沒(méi)有一個(gè)能夠驗(yàn)證糾纏的存在。
對(duì)于兩個(gè)相互糾纏的粒子，只要改變其中一個(gè)粒子的屬性便會(huì)同時(shí)改變另一個(gè)粒子的相同屬性。對(duì)于更多的粒子，不僅每對(duì)粒子可以糾纏在一起，而且所有粒子都可以與彼此相互糾纏。
研究人員在 1980 年代末研究了如何以這種更復(fù)雜的方式將三四個(gè)光子糾纏在一起，而且之前還實(shí)現(xiàn)了 27 個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)。
我國(guó)研究人員在前期構(gòu)建的“祖沖之二號(hào)”超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將并行多比特量子門的保真度提高到 99.05%，讀取精度提高到 95.09%，并結(jié)合研究團(tuán)隊(duì)所提出的大規(guī)模量子態(tài)保真度驗(yàn)證判定方案，成功實(shí)現(xiàn)了 51 比特簇態(tài)制備和驗(yàn)證。
研究人員利用我國(guó)超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)成功地糾纏了一行中的 51 個(gè)量子比特和一個(gè)二維平面上的 30 個(gè)量子比特，在每種情況下都創(chuàng)造了記錄。
“這一成功源于對(duì)設(shè)備進(jìn)行精細(xì)校準(zhǔn)和深思熟慮的設(shè)計(jì)選擇，”蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的 Nathan Lacroix 說(shuō)道，“這說(shuō)明了祖沖之計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大能力”。他指出，其他研究人員之前也曾創(chuàng)建過(guò)類似的系統(tǒng)，其量子比特?cái)?shù)高達(dá) 57 個(gè)，但無(wú)法驗(yàn)證每個(gè)量子比特是否與其他量子比特糾纏在一起。
“糾纏是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)之間的關(guān)鍵差異之一，也是量子算法的關(guān)鍵要素。因此，展示大量糾纏量子比特是量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要基準(zhǔn)，”澳大利亞新南威爾士大學(xué)的 Charles Hill 說(shuō)道。Hill 和他的同事嘗試使用一個(gè) 65 量子比特的設(shè)備來(lái)完成類似的壯舉，但只能證明這些量子比特成對(duì)地糾纏在一起，而不是作為一個(gè)整體。
朱曉波表示，“我們必須開(kāi)發(fā)一種新的觀察糾纏的方法”。這涉及到如何巧妙地選擇一組最小的測(cè)量指標(biāo)，以收集足夠的信息來(lái)描述量子比特正在做什么，而不會(huì)花費(fèi)太多時(shí)間或計(jì)算資源。
荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的 Christian Andersen 表示，雖然目前還不清楚 51 個(gè)糾纏量子比特如何用于計(jì)算，但研究人員取得了令人印象深刻的技術(shù)成就，并創(chuàng)建了一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，因?yàn)樗诮?jīng)典物理學(xué)中沒(méi)有對(duì)應(yīng)物。他說(shuō)：“這項(xiàng)工作可以啟發(fā)其他研究人員了解我們實(shí)際上可以用超導(dǎo)量子比特做什么?！?/p>
“這項(xiàng)工作將量子系統(tǒng)中真糾纏比特?cái)?shù)目的紀(jì)錄由原先的 24 個(gè)大幅刷新至 51 個(gè)，充分展示了超導(dǎo)量子計(jì)算體系優(yōu)異的可擴(kuò)展性?！迸私▊フf(shuō)，在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了基于測(cè)量的變分量子算法，為基于測(cè)量的量子計(jì)算方案走向?qū)嵱玫於嘶A(chǔ)。
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