超導量子計算原型機“祖沖之號”問世

桂運安

不同“路線”，同樣“驚艷”。繼光量子計算原型機“九章”之后，中國科學技術(shù)大學潘建偉院士團隊又成功研制出62比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”，并實現(xiàn)可編程的二維量子行走。該成果5月7日在線發(fā)表于《科學》。

量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，相比經(jīng)典計算機，有望通過特定算法實現(xiàn)指數(shù)級加速。在量子計算諸多技術(shù)路線中，超導量子計算是最有希望實現(xiàn)可拓展量子計算的候選者之一，其核心目標是增加集成的量子比特數(shù)目、提升超導量子比特性能，高精度相干操控更多量子比特，最終應用于實際問題。利用量子疊加、量子干涉等特性的量子行走，是經(jīng)典隨機行走在量子力學中的拓展，在通用量子計算等領(lǐng)域具有重要應用前景。

2019年，潘建偉團隊在一維鏈結(jié)構(gòu)12比特超導量子芯片上，實現(xiàn)12個量子比特糾纏“簇態(tài)”的制備，保真度達70%，打破了此前10個超導量子比特糾纏的紀錄。同時，他們開創(chuàng)性地將超導量子比特應用于量子行走研究，為多體物理現(xiàn)象模擬和利用量子行走進行通用量子計算研究奠定基礎。隨后，該團隊將芯片結(jié)構(gòu)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(tài)量子計算系統(tǒng)中，實現(xiàn)超過20比特的高精度量子相干調(diào)控。

近期，該團隊在自主研制二維結(jié)構(gòu)超導量子比特芯片的基礎上，成功構(gòu)建了世界上超導量子比特數(shù)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(tǒng)上成功演示了二維可編程量子行走，觀察到單粒子、雙粒子激發(fā)情形下的量子行走現(xiàn)象。

相比于光量子計算等技術(shù)路線，超導量子計算系統(tǒng)具有更好的參數(shù)可調(diào)性，可滿足不同實驗和應用需求。在超導量子處理器上成功演示可編程量子行走，是超導量子計算的重要里程碑，為在超導量子系統(tǒng)上實現(xiàn)量子優(yōu)越性奠定了重要技術(shù)基礎。