我國成功研制62比特量子計算原型機祖沖之號，當前，量子計算機作為世界科技前沿重大挑戰之一，已成為各國角逐的焦點。量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，可望通過特定算法在密碼破譯、大數據優化、天氣預報、材料設計、藥物分析等領域，提供相比傳統計算機指數級別的加速。
超導量子計算原型機祖沖之號研制成功
記者5月8日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士團隊近期成功研制了目前國際上超導量子比特數量最多的量子計算原型機“祖沖之號”，操縱的超導量子比特達到62個，并在此基礎上實現了可編程的二維量子行走。日前，國際權威學術期刊《科學》發表了該研究成果。
國際學術界研究量子計算有多條技術路線，超導量子計算是其中最有希望的候選者之一，其核心研究目標是增加“可操縱”的量子比特數量，并提升操縱的精度，最終應用于實際問題。
中科大潘建偉、朱曉波、彭承志等人長期研究超導量子計算，先后實現了保真度達70％的12比特超導量子芯片、24個比特的高性能超導量子處理器等國際前沿成果。近期，他們在自主研制二維結構超導量子比特芯片的基礎上，成功構建了目前國際上超導量子比特數目最多、包含62個比特的可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”。
研究團隊在二維結構的超導量子比特芯片上，觀察了單粒子及雙粒子激發情形下的量子行走現象，實驗研究了二維平面上量子信息傳播速度，同時通過調制量子比特連接的拓撲結構的方式構建馬赫—曾德爾干涉儀，實現了可編程的雙粒子量子行走。據了解，這是實現更大規模量子模擬，甚至邁向通用量子計算的一條途徑。
該成果為在超導量子系統上實現量子優越性，以及后續研究具有重大實用價值的量子計算奠定了技術基礎。此外，基于“祖沖之號”量子計算原型機的二維可編程量子行走，在量子搜索算法、通用量子計算等領域具有潛在應用，也將是后續重要的發展方向。
量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，相比經典計算機，可望通過特定算法在如密碼破譯、大數據優化、材料設計、藥物分析等一些具有重大社會和經濟價值的問題方面實現指數級別的加速。當前，量子計算機研制作為世界科技前沿的重大挑戰之一，已經成為歐美各發達國家競相角逐的焦點。超導量子計算，作為最有希望實現可拓展量子計算的候選者之一，其核心目標是如何同步地增加所集成的量子比特數目以及提升超導量子比特性能，從而能夠高精度相干操控更多的量子比特，實現對特定問題處理速度上的指數加速，并最終應用于實際問題中。
潘建偉、朱曉波、彭承志等長期瞄準超導量子計算的上述核心目標，取得了一系列重要進展。2019年年初，在一維鏈結構12比特超導量子芯片上實現了12個量子比特糾纏“簇態”的制備，保真度達到70％，打破了之前創造的10個超導量子比特糾纏的紀錄。同時，該團隊開創性地將超導量子比特應用到量子行走的研究中,為未來多體物理現象的模擬以及利用量子行走進行通用量子計算的研究奠定了基礎。隨后，團隊將芯片結構從一維擴展到準二維，制備出包含24個比特的高性能超導量子處理器，并首次在固態量子計算系統中，實現了超過20比特的高精度量子相干調控。
近期，該團隊在自主研制二維結構超導量子比特芯片的基礎上，成功構建了國際上超導量子比特數目最多、包含62個比特的可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”，并在該系統上成功進行了二維可編程量子行走的演示。據悉，這是目前公開報道的世界上最大量子比特數的超導量子體系。該研究團隊在二維結構的超導量子比特芯片上，觀察了單粒子及雙粒子激發情形下的量子行走現象，實驗研究了二維平面上量子信息傳播速度，同時通過調制量子比特連接的拓撲結構的方式構建馬赫-曾德爾干涉儀，實現了可編程的雙粒子量子行走。
據悉，中國科研團隊國際上首次在固態量子計算系統中實驗演示了可編程的二維量子行走，是一個重要的里程碑，為在超導量子系統上實現量子優越性展示及可解決具有重大實用價值問題的量子計算研究奠定了技術基礎。此外，基于“祖沖之號”量子計算原型機的二維可編程量子行走在量子搜索算法、通用量子計算等領域具有潛在應用，將是后續發展的重要方向。
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