光明網訊（記者宋亞娟）日前，記者從中國科學技術研究院獲悉，中國科學技術大學量子信息與量子技術創(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袁曉合作，成功實現了51個超導量子位簇態(tài)的制備與驗證，打破了所有量子系統(tǒng)中真正糾纏位數量的世界紀錄，并首次進行了論證。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)中真正糾纏比特數的記錄，從24位增加到51位，充分展示了超導量子估計系統(tǒng)優(yōu)異的可擴展性，對于多體量子糾纏的研究、大規(guī)模量子算法的實現以及基于探測的量子估計具有重要意義。 相關研究成果于7月12日在線發(fā)表在國際學術期刊《自然》上。
量子糾纏是量子熱學中最神秘、最基礎的性質之一，也是量子信息處理的核心資源，也是量子估計加速效應的根本來源之一。 多年來，大規(guī)模多量子比特糾纏的實現仍然是各國科學家追求的目標。 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、中性原子和超導量子位在內的各種數學系統(tǒng)尺度擴展的重要表征方法。 其中，超導量子比特具有大規(guī)模擴展的優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅速。 中國科學家在超導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，不斷打破超導量子估計領域糾纏位數量的記錄。
量子真糾纏比特數的發(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呈指數下降的量子態(tài)尺度復雜性、保證量子態(tài)保真度準確性的重要保證。 由于無法實現量子系統(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”超導量子估測靶機的基礎上，研究團隊進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家，成功實現了51位簇狀態(tài)準備與驗證。 最終，51位一維簇狀態(tài)的保真度達到0.637±0.030，超出糾纏判斷閾值0.5 13個標準差。 在此基礎上，研究團隊結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。
“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)保真度結果
據介紹，六年來，中科院科研團隊勤奮研究、潛心攻關，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，不斷在重大科學問題研究和關鍵核心技術突破上取得新突破，努力占領科技制高點，為實現高水平科技自立自強作出貢獻。