安徽70年发展成就:超导量子计算又有新突破

  从开启农村改革巨幕的大包干,到闯出个体经济之路的傻子瓜子,安徽一次次书写时代传奇;从税费改革、医药卫生体制改革,到文化体制改革、全面创新改...

  从开启农村改革巨幕的“大包干”,到闯出个体经济之路的“傻子瓜子”,安徽一次次书写时代传奇;从税费改革、医药卫生体制改革,到文化体制改革、全面创新改革试验,安徽一次次引领风气之先;从全球首颗量子通信卫星上天,到“人造太阳”求解人类终极能源难题,安徽一次次刷新进步的前沿。70 年来,安徽从新中国成立时一个落后的农业省,到今天实现农业大省、工业大省、科技大省的“三级跳”,以精彩蝶变书写时代答卷,以改革创新的昂扬姿态挺进新时代。从今天起,本报开辟专栏,讲述安徽70年发展成就。

  记者从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的超导量子实验团队,联合中国科学院物理研究所范桁理论小组,在超导量子计算实验领域取得重要进展,在一个集成了24 个量子比特的超导量子处理器上,通过对超过20 个超导量子比特的高精度相干调控,实现了Bose-Hubbard 梯子模型多体量子系统的模拟。该研究成果于7月30日在线发表在国际权威期刊《物理评论快报》上。

  超导量子计算被普遍认为是最有可能率先实现实用化量子计算的方案之一,因而备受关注。作为量子计算的基本单元量子比特不同于非“0”即“1”的经典比特,可以处于“0”态和“1”态之间的所谓“量子相干叠加态”。当人们把量子叠加拓展到多量子比特体系,就自然导致了量子纠缠的概念。多个量子比特一旦实现相干叠加,其代表的状态空间将会随着量子比特的数目指数增加。这也被认为是量子计算能够有指数加速能力的根源所在。

  目前,超导量子计算的核心目标正是如何同步地增加所集成的量子比特数目以及提升超导量子比特性能,从而能够高精度相干操控更多的量子比特,实现对特定问题处理速度上的指数加速,并最终应用于实际问题中。

  潘建伟、朱晓波等一直以来瞄准着超导量子计算的上述核心目标,取得了一系列重要进展。最近,研究团队在准二维系统连接性、读取效率、操控串扰及精度等问题上反复实验和摸索,成功地将芯片结构从一维扩展到准二维,制备出包含24 个比特的高性能超导量子处理器,首次在固态量子计算系统中,实现了超过20 比特的高精度量子相干调控。

  研究团队以24 比特超导量子处理器为平台,开展量子多体系统动力学问题的模拟研究,在超导量子芯片上实现了对Bose-Hubbard 梯子模型多体量子系统的模拟,观察到了单激发和双激发两种模式下完全不同的独特动力学过程,显示了超导量子芯片作为量子模拟平台的强大应用潜力,对强关联多体系统统计学特性研究有重要的指导意义,为利用多量子比特系统研究多体物理系统奠定了基础。

  中国科学技术大学朱晓波是负责该项工作实验部分的通讯作者,中国科学院物理研究所范桁是负责理论部分的通讯作者。叶杨森(中国科学技术大学)、葛自勇(中国科学院物理研究所)和吴玉林(中国科学技术大学)是文章的共同第一作者。

  该研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院、安徽省、上海市科委、教育部等单位的支持。

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