超导量子比特芯片研发成功 －解读中国量子计算新进展

喜讯！中国超导量子比特芯片研发成功。根据新华社8月9日报道，由浙江大学、中科院物理所、中科院自动化所、北京计算科学研究中心等机构组成的联合团队成功研发超导量子比特芯片。这是一款具有20个超导量子比特的量子芯片，能够成功实现全局纠缠，刷新了固态量子器件中生成纠缠态的量子比特数目的世界纪录。这一量子计算新进展于8月9日发表于《科学》杂志。

超导量子比特芯片研发成功 中国超导量子比特芯片简介

据了解，本次成功研发的超导量子比特芯片是浙江大学超导量子计算和量子模拟团队的实验室迭代的第四代电路设计方案，目标是让任意两个量子比特之间都能进行直接“沟通”，实现全局纠缠。全局纠缠，是让所有量子比特协同起来参与工作，量子操纵是量子计算的技术制高点，而实现全局纠缠是检验操纵是否成功的标志。

研究人员表示，计算机使用“0”和“1”进行信息存储与处理。在经典计算机里，一个比特就如一个普通开关，或0或1。量子计算机由于量子纠缠与叠加特性，一个量子比特可以同时代表0和1。“想象一枚摆在桌上静止的硬币，你只能看到它的正面或背面;当你把它快速旋转起来，你看到的既是正面，又是背面。于是，一台量子计算机就像许多硬币同时翩翩起舞。”研究人员说。

在实验室控制条件下，研究人员在短短187纳秒内(人眨一下眼所需时间的百万分之一)，捕捉到了20个人造原子从“起跑”时的相干态，历经多次变身，最终形成同时存在两种相反状态的纠缠态。操控这些量子比特生成全局纠缠态，标志着团队能够真正调动起这些量子比特。

超导量子比特芯片研发成功的重大意义

上世纪80年代，诺贝尔奖获得者理查德·费曼等人提出构想，基于两个奇特的量子特性——量子叠加和量子纠缠构建“量子计算”。随着可操纵的量子比特数量增加，量子计算的运算能力将指数级增长，从而实现远超传统电子计算机的性能。

当前，国际学界在多条技术路线上研究量子计算，超导量子计算被认为是其中最有可能实现实用化的方案之一。近年来，中科大潘建伟、朱晓波、彭承志等学者在超导量子计算研究方面取得了一系列重要进展。其中今年以来，打破了之前创造的10个超导量子比特纠缠的纪录，并开创性实现了“量子随机行走”。

量子计算机研发是当前国际科技竞争的热点领域。谷歌、IBM、微软、英特尔、华为、阿里巴巴等全球高科技公司都为此投入大量研究力量。据科研人员介绍，与世界上其他的超导量子芯片相比，此次由中国科学家研发的芯片拥有一个显著特点，即所有比特之间都可以进行相互连接，这能够提升量子芯片的运行效率，也是能够率先实现20比特纠缠的重要原因之一。

超导量子比特芯片研发团队简介

潘建伟，男，汉族，1970年3月生，浙江东阳人，物理学家，教授，博士生导师，2005年8月加入九三学社。

现任九三学社第十三届中央委员会常委、教科卫体委员会委员，中国科学技术大学常务副校长，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院院长，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，奥地利科学院外籍院士，九三学社第十四届中央委员会副主席，安徽省第十一届委员会主委。西湖大学创校校董会成员。

2018年12月18日，党中央、国务院授予潘建伟同志改革先锋称号，颁授改革先锋奖章，并获评量子信息研究的创新者。2018年12月，入选“中国改革开放海归40年40人”榜单。2019年1月31日，美国科学促进会宣布，中国科学技术大学潘建伟教授领衔的“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被授予2018年度克利夫兰奖。 潘建伟和塞林格的开创性实验，使安全的广域量子通信成为可能。2019年4月26日，荣获2019年度“墨子量子奖”。

近期，潘建伟团队与中科院物理所范桁团队合作，他们在系统连接性、读取效率、操控串扰及精度等问题上反复实验探索，成功地将芯片结构从一维扩展到准二维，研制出包含24个比特的高性能超导量子处理器。并首次在固态量子计算系统中，完成对“玻色—哈伯德”梯子模型多体量子系统的模拟，实现了超过20比特的高精度量子相干调控。

据了解，他们的研究显示了超导量子芯片作为量子模拟平台的强大应用潜力，为利用多量子比特系统研究多体物理系统奠定基础，在实现实用化量子计算机的研究道路上迈出重要一步。

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