光明網(wǎng)訊（記者宋亞娟）日前，記者從中國科學(xué)技術(shù)研究院獲悉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)量子信息與量子技術(shù)創(chuàng)新研究院潘建偉、朱曉波、彭承志組成的研究團隊與成都大學(xué)袁曉合作，成功實現(xiàn)了51個超導(dǎo)量子位簇態(tài)的制備與驗證，打破了所有量子系統(tǒng)中真正糾纏位數(shù)量的世界紀(jì)錄，并首次進(jìn)行了論證。基于檢測的可變量子算法的時間。
這項工作大幅打破了量子系統(tǒng)中真正糾纏比特數(shù)的記錄，從24位增加到51位，充分展示了超導(dǎo)量子估計系統(tǒng)優(yōu)異的可擴展性，對于多體量子糾纏的研究、大規(guī)模量子算法的實現(xiàn)以及基于探測的量子估計具有重要意義。 相關(guān)研究成果于7月12日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
量子糾纏是量子熱學(xué)中最神秘、最基礎(chǔ)的性質(zhì)之一，也是量子信息處理的核心資源，也是量子估計加速效應(yīng)的根本來源之一。 多年來，大規(guī)模多量子比特糾纏的實現(xiàn)仍然是各國科學(xué)家追求的目標(biāo)。 自1998年借助核磁共振系統(tǒng)制備出第一個3位GHZ態(tài)以來，真正的多體糾纏態(tài)的制備已成為包括光子、離子陷阱、金剛石氮空位色心、中性原子和超導(dǎo)量子位在內(nèi)的各種數(shù)學(xué)系統(tǒng)尺度擴展的重要表征方法。 其中，超導(dǎo)量子比特具有大規(guī)模擴展的優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅速。 中國科學(xué)家在超導(dǎo)量子比特多體糾纏制備方面取得了一系列重要成果。 2017年以來，他們陸續(xù)完成了10位、12位、18位真糾纏態(tài)的制備，不斷打破超導(dǎo)量子估計領(lǐng)域糾纏位數(shù)量的記錄。
量子真糾纏比特數(shù)的發(fā)展歷史
然而，制備更大規(guī)模的真糾纏態(tài)需要高連通性的量子系統(tǒng)、高保真度的多位量子門以及高效精確的量子態(tài)保真度表征方法。 高連通性保證了大規(guī)模量子態(tài)生成的可能性，防止由于缺陷和連通性不足而導(dǎo)致量子態(tài)尺度的限制； 只有通過高保真量子門才能將量子比特連接起來??，生成高保真多體量子糾纏態(tài)； 高效的量子態(tài)表示是克服隨比特數(shù)呈指數(shù)下降的量子態(tài)尺度復(fù)雜性、保證量子態(tài)保真度準(zhǔn)確性的重要保證。 由于無法實現(xiàn)量子系統(tǒng)性能、控制能力和驗證方法的要求女量子物理學(xué)家，真正的糾纏比特規(guī)模不能超過24個量子比特。
在前期建立的“祖沖之二號”超導(dǎo)量子估測靶機的基礎(chǔ)上，研究團隊進(jìn)一步將并行多位量子門保真度提升至99.05%，讀取精度提升至95.09%。 結(jié)合研究團隊提出的大規(guī)模量子態(tài)保真度驗證與判斷方案女量子物理學(xué)家，成功實現(xiàn)了51位簇狀態(tài)準(zhǔn)備與驗證。 最終，51位一維簇狀態(tài)的保真度達(dá)到0.637±0.030，超出糾纏判斷閾值0.5 13個標(biāo)準(zhǔn)差。 在此基礎(chǔ)上，研究團隊結(jié)合基于檢測的變分量子本征求解器求解小尺度擾動平面碼的本征能量，首次實現(xiàn)了基于檢測的變分量子算法，為基于檢測的量子估計方案的實用化奠定了基礎(chǔ)。
“祖沖之二號”完成的51位一維簇態(tài)制備的電路和量子態(tài)保真度結(jié)果
據(jù)介紹，六年來，中科院科研團隊勤奮研究、潛心攻關(guān)，取得了一系列具有國際影響力的重大原創(chuàng)成果。 未來，中科院將聚焦量子通信、量子估計、量子精密探測等世界科技前沿，不斷在重大科學(xué)問題研究和關(guān)鍵核心技術(shù)突破上取得新突破，努力占領(lǐng)科技制高點，為實現(xiàn)高水平科技自立自強作出貢獻(xiàn)。