中国学者开发出具有20个超导量子比特量子芯片

时间:2019-08-28 来源:www.24107.cn

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中国科技大学潘建伟团队开发了一种超导量子位芯片处理器

刷新世界纪录!中国学者开发了具有20个超导量子比特的量子芯片

近日,浙江大学,中国科学院物理研究所,中国科学院自动化研究所,北京计算科学研究中心等国内单位共同开发了具有20个超导量子比特的量子芯片,并成功地操纵它以实现全局纠缠,刷新在固态量子器件中纠缠态的量子位数的世界记录。这一进展今天发表在美国《科学》杂志上。

多比特量子纠缠态的实验准备是衡量量子计算平台控制能力的关键指标,国际竞争尤为激烈。经过近两年的器件设计和制造,实验测量和控制以及数据处理,中国学者联合团队成功地将纠缠位数推到了20位.9c4e6a02-9783-4828-a06f-0f8fec7f7775.jpg

图:20位量子芯片的原理图

量子计算机在“摇篮”中

量子计算机的梦想始于20世纪80年代。 1982年,着名物理学家费曼提出,既然自然的本质是量子,我们能否创造出一种遵循量子定律的计算机来更好地理解量子世界?人们意识到,一旦量子计算机技术成熟,其计算能力将远远超过传统计算机。

计算机使用“0”和“1”进行信息存储和处理。在经典的计算机中,有点像普通的开关,或0或1.量子计算机完全不同。由于量子纠缠和叠加,“量子开关”可以表示0和1,我们称之为量子比特。想象一下,一枚硬币放在桌子上,你只能看到它的正面或背面;当你快速旋转它时,你会看到正面和背面。因此,量子计算机同时像许多硬币一样跳舞。

量子比特数是衡量量子计算机性能的重要指标之一。通过量子纠缠和叠加,n个量子比特彼此相关,并且可以生成2n个状态。也就是说,包含n位的经典存储器可以存储2n个可能数据中的任何一个,如果它是量子存储器,则可以同时存储2n个数字。相当于2n台经典计算机的CPU可以同时工作。对于每个额外的量子比特,量子计算机的计算能力将呈指数增长。据报道,30-qubit量子计算机的计算能力可与具有每秒teraflops的经典计算机相媲美,比现在的经典台式机快10,000倍。据信,一旦量子位数达到50或更多,它就可以在处理某些问题时展示超级计算机之外的计算能力。

人类花费了将近70年的时间才能见证经典计算机从笨重和不稳定的进步,占据整个实验室,充满机械阀门的机器,便携式PC和智能手机;但是有很多经典的电脑。量子计算机可以完成难以或无法完成的工作。我们完全有理由期待在未来几十年内,量子计算机将能够从理论转向应用,完成经典计算机无法解决的大规模计算问题,并在密码破解,药物领域发挥重要作用。设计和人工智能。

然而,面对尴尬的想象,实验室中的原型仍然像摇篮中的婴儿一样,需要长时间不懈的培养过程才能长大。近年来,各个量子比特的相干性,量子门的保真度,量子芯片的集成以及全局纠缠态的准备规模都在稳步增加。此前,中国科技大学的研究团队创造了一个记录,操纵12个超导量子比特来实现纠缠。今天,这个数字得到了更新,人类可以精确地操纵20个超导量子比特同时工作。

20人制造原子“薛定谔猫”

浙江大学西溪校区西侧教学楼,深通道是浙江大学超导量子计算与量子模拟团队的实验室。超导量子位芯片设计,平台构建,测量和控制工作都在这里完成。从地面升起的钢架,错综复杂的管道,密集堆叠的电路板,铁板冰箱.博士生宋超介绍说,整个房间是一台量子计算机,它的“大脑”在底部大圆柱形“冰箱”,直径80厘米。

使用显微镜,1 cm2“大脑”超导量子位芯片显示真实的体积。 20个量子位均匀分布在中心腔周围,就像通过中心毂连接的分支一样。 “这是我们实验室迭代的第四代电路设计。目标是实现任意两个量子比特之间的直接“通信”,以实现全局纠缠。“其中一位芯片设计师,本科生张旭说。这种芯片由中国科学院物理研究所的李和康博士编写。他在不久的将来作为博士后研究员加入浙江大学,预计将在浙江微纳加工中心生产更复杂的芯片。

全球纠缠,流行的理解是让所有的量子比特一起工作。量子操纵是量子计算的技术制高点,实现全局纠缠是操纵是否成功的标志。 “能够以非常高的精度控制它们然后保持稳定的质量是一个非常困难的挑战,”徐凯说。六年前,徐凯在浙江大学开始了超导量子计算领域的职业生涯。他获得了博士学位。并加入中国科学院物理研究所,组建自己的实验室。

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图:宋超和徐凯在量子计算实验平台上讨论。