中国学者刷新世界纪录!开发出20量子比特量子芯片并成功实现全局纠缠

22: 42: 02雷锋网

世界顶级学术期刊《Science》(科学)最新一期2019年8月9日发表了中国学者量子计算研究的新发展,题为《Generation of multicomponent atomic Schr?dinger cat states of up to 20 qubits》。

该成果由浙江大学,中国科学院物理研究所,中国科学院自动化研究所和北京计算科学研究中心共同开发。开发了具有20个超导量子比特的量子芯片并成功地操纵以实现全局纠缠。刷新在固态量子器件中产生纠缠态的量子位数的世界记录。

中国的量子计算研究正处于国际第一梯队之中

量子比特数和操纵精度是当前国际量子计算研究中的两个核心问题。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,世界竞争尤为激烈。

在业界,谷歌,小发猫,微软,英特尔,华为和阿里等高科技公司投入了大量资源。小发猫在这方面做了很多噪音。今年1月,小发猫发布了世界上第一台独立商用量子计算机小发猫Q.学术界,包括中国,美国,英国和许多欧洲国家,都非常重视量子计算的研究。

在国内,浙江大学物理系的超导量子计算和量子模拟团队一直致力于超导量子计算和量子模拟的实验研究。 2017年,该团队与中国科技大学潘建伟,朱晓波,中国科学院物理研究所郑东宁团队,福州大学郑世彪教授合作, 10位超导量子芯片实现了当时全球最大数量的10个超导量子比特的纠缠,打破了此前谷歌和加州大学圣塔芭芭拉分校维持的记录,使中国进入国际梯队量子计算机研究领域。

此前,中国科技大学的研究团队创造了一个操纵12个超导量子比特以实现纠缠的记录。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。

目睹人体量子计算研究并再拿187ns

在浙江大学超导量子计算和量子模拟团队的实验室中,实验团队完成了超导量子位芯片设计,平台构建,测量和控制工作。根据该论文的作者之一宋超的说法,整个房间是一台量子计算机,其“大脑”位于一个直径为80厘米的大圆柱形“冰箱”的底部。

要看到1平方厘米的“正方形”,你需要一台显微镜。 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。该论文的另一位作者,也是该芯片的设计者,说:“这是我们实验室迭代的第四代电路设计。目标是在任何两个量子比特之间实现直接'通信'。全局纠缠。”

全球纠缠,流行的解释是让所有量子比特一起工作。多方纠缠对于量子信息科学中的许多应用至关重要。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。在完全可控和可扩展的量子平台上生成和验证多方纠缠仍然是一项重大挑战。

该论文的另一位作者徐凯获得了博士学位。并于去年加入中国科学院物理研究所说:“与世界上其他超导量子芯片相比,我们开发的芯片有一个鲜明的特点,就是所有的位都可以互连,从而可以提高效率量子芯片操作,是我们能够率先实现20位纠缠的重要原因之一。“

实验团队使用该芯片生成并校准了18位全局纠缠GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)状态,以及20位Schrdinger猫状态。宋超说:“我们确实看到了一种在经验世界中无法看到的现象。更多的图像是,一个由20人组成的'猫',以及薛定谔的猫状态。”

件下,20人原子集体从零开始捕获相干演化的动态过程。在不到200纳秒的时间内,人造原子的集体状态经历了许多变换,而薛定谔猫状态在不同的时间点出现了不同的成分数(对应于球中的红色圆圈的数量),最终形成两个成分(有Schrdinger猫状态的两个相反状态.A和B图分别是理论预测和实验观察。图C是从新的角度重新渲染五组分Schrdinger猫状态。蓝色区域的存在球是量子纠缠存在的更有力的证据。

在仅仅187 ns(纳秒)(大约是人眨眼所需时间的百万分之一)的情况下,从“起点”制造原子的20个人的连贯状态经历了许多“变形”。最终,存在纠缠状态,其中两个相反的状态同时存在。在论文的标题中,该团队使用“薛定谔猫状态”来描述捕获的现象。操纵这些量子比特以产生全局纠缠态是团队可以实际调动这些量子比特的标志。

这187ns见证了人体研究量子计算的另一个步骤。

量子计算业务面临哪些挑战?

量子计算是由诺贝尔奖获得者Richard Feynman等人在20世纪80年代开发的。基于两个独特的量子特性,量子叠加和量子纠缠构造量子计算。据报道,可控量子位数的增加将使量子计算计算能力呈指数级增长,远远超过传统电子计算机的性能。

因此,量子计算被认为是解决当前经典计算系统无法处理的过于复杂的问题。量子计算的未来应用包括寻找模拟财务数据的新方法,隔离关键风险因素以获得更好的投资,或找到跨系统的最佳途径,以实现超高效的物流和优化的交付操作。

然而,在量子计算商业化的过程中,仍然存在许多挑战。例如,小发猫Q解决了维护用于执行量子计算的量子位质量的挑战。这是因为量子比特很强大但很脆弱,通常在100微秒内失去了它们的特殊量子特性(对于最先进的超导量子比特),部分原因是互连机械的振动,温度波动和电磁波环境。噪声。

此外,雷锋网此前曾报道该行业也有一些不同的声音。尽管学术界和工业界正在开发各种固态量子系统处理器,但到目前为止,尚未就哪种通用量子计算技术在商业上可行而达成共识。固态量子处理器基于数十年的硅和大规模集成经验,但需要将芯片冷却到接近绝对零度,并使用正误差校正技术来保持量子比特的运行。

IonQ首席执行官兼联合创始人Chris Monroe认为,如果你无法提高固态量子计算处理器系统目前显示的2%误码率,你需要太多的量子比特来进行纠错,而且只需要少量的量子比特。用于逻辑运算。随着量子位差和串扰的增加,随着量子位的增加,误码率趋于增加,这需要更多的纠错量子位。这是一个非常棘手的问题。

雷锋网参考科学,人民日报?雷锋网络

世界顶级学术期刊《Science》(科学)最新一期2019年8月9日发表了中国学者量子计算研究的新发展,题为《Generation of multicomponent atomic Schr?dinger cat states of up to 20 qubits》。

该成果由浙江大学,中国科学院物理研究所,中国科学院自动化研究所和北京计算科学研究中心共同开发。开发了具有20个超导量子比特的量子芯片并成功地操纵以实现全局纠缠。刷新在固态量子器件中产生纠缠态的量子位数的世界记录。

中国的量子计算研究正处于国际第一梯队之中

量子比特数和操纵精度是当前国际量子计算研究中的两个核心问题。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,世界竞争尤为激烈。

在业界,谷歌,小发猫,微软,英特尔,华为和阿里等高科技公司投入了大量资源。小发猫在这方面做了很多噪音。今年1月,小发猫发布了世界上第一台独立商用量子计算机小发猫Q.学术界,包括中国,美国,英国和许多欧洲国家,都非常重视量子计算的研究。

在国内,浙江大学物理系的超导量子计算和量子模拟团队一直致力于超导量子计算和量子模拟的实验研究。 2017年,该团队与中国科技大学潘建伟,朱晓波,中国科学院物理研究所郑东宁团队,福州大学郑世彪教授合作, 10位超导量子芯片实现了当时全球最大数量的10个超导量子比特的纠缠,打破了此前谷歌和加州大学圣塔芭芭拉分校维持的记录,使中国进入国际梯队量子计算机研究领域。

此前,中国科技大学的研究团队创造了操纵12个超导量子比特以实现纠缠的记录。现在这个数字已经刷新,人类可以同时操纵20个超导量子比特。

见证人类量子计算进一步研究的187ns

在浙江大学超导量子计算和量子模拟团队的实验室中,实验团队完成了超导量子比特芯片的设计,平台构建和测量与控制。根据该论文的作者之一宋超的说法,整个房间是一台量子计算机,其“大脑”位于一个直径为80厘米的圆柱形冰箱的底部。

要看到1平方厘米的“大脑”,我们需要使用显微镜。二十个量子比特均匀地分布在中央谐振器周围,就像穿过中央集线器的分支一样。本文的另一位作者,芯片设计师之一张旭说:“这是我们实验室迭代的第四代电路设计方案。目标是使任意两个量子位直接通信并实现全局纠缠。”

全球纠缠,流行的解释是所有量子比特一起工作。多纠缠态对量子信息科学中的许多应用非常重要。量子操纵是量子计算的技术亮点,全局纠缠的实现是操纵成功的标志。在完全可控和可扩展的量子平台上生成和验证多方纠缠仍然是一项突出的挑战。

“与世界上其他超导量子芯片相比,我们开发的芯片具有显着的特点,即所有位都可以互连,这可以提高量子芯片的效率,因此也可以,”该论文的另一位作者徐凯说。去年获得博士学位,并加入中国科学院物理研究所。我们能够率先实现20位纠缠的一个重要原因是我们能够实现20位纠缠。

实验团队使用该芯片生成并校准了18位全局纠缠GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)状态,以及20位Schrdinger猫状态。宋超说:“我们确实看到了一种在经验世界中无法看到的现象。更多的图像是,一个由20人组成的'猫',以及薛定谔的猫状态。”

件下,20人原子集体从零开始捕获相干演化的动态过程。在不到200纳秒的时间内,人造原子的集体状态经历了许多变换,而薛定谔猫状态在不同的时间点出现了不同的成分数(对应于球中的红色圆圈的数量),最终形成两个成分(有Schrdinger猫状态的两个相反状态.A和B图分别是理论预测和实验观察。图C是从新的角度重新渲染五组分Schrdinger猫状态。蓝色区域的存在球是量子纠缠存在的更有力的证据。

在仅仅187 ns(纳秒)(大约是人眨眼所需时间的百万分之一)的情况下,从“起点”制造原子的20个人的连贯状态经历了许多“变形”。最终,存在纠缠状态,其中两个相反的状态同时存在。在论文的标题中,该团队使用“薛定谔猫状态”来描述捕获的现象。操纵这些量子比特以产生全局纠缠态是团队可以实际调动这些量子比特的标志。

这187ns见证了人体研究量子计算的另一个步骤。

量子计算业务面临哪些挑战?

量子计算是由诺贝尔奖获得者Richard Feynman等人在20世纪80年代开发的。基于两个独特的量子特性,量子叠加和量子纠缠构造量子计算。据报道,可控量子位数的增加将使量子计算计算能力呈指数级增长,远远超过传统电子计算机的性能。

因此,量子计算被认为是解决当前经典计算系统无法处理的过于复杂的问题。量子计算的未来应用包括寻找模拟财务数据的新方法,隔离关键风险因素以获得更好的投资,或找到跨系统的最佳途径,以实现超高效的物流和优化的交付操作。

然而,在量子计算商业化的过程中,仍然存在许多挑战。例如,小发猫Q解决了维护用于执行量子计算的量子位质量的挑战。这是因为量子比特很强大但很脆弱,通常在100微秒内失去了它们的特殊量子特性(对于最先进的超导量子比特),部分原因是互连机械的振动,温度波动和电磁波环境。噪声。

此外,雷锋网此前曾报道该行业也有一些不同的声音。尽管学术界和工业界正在开发各种固态量子系统处理器,但到目前为止,尚未就哪种通用量子计算技术在商业上可行而达成共识。固态量子处理器基于数十年的硅和大规模集成经验,但需要将芯片冷却到接近绝对零度,并使用正误差校正技术来保持量子比特的运行。

IonQ首席执行官兼联合创始人Chris Monroe认为,如果你无法提高固态量子计算处理器系统目前显示的2%误码率,你需要太多的量子比特来进行纠错,而且只需要少量的量子比特。用于逻辑运算。随着量子位差和串扰的增加,随着量子位的增加,误码率趋于增加,这需要更多的纠错量子位。这是一个非常棘手的问题。

雷锋网参考科学,人民日报?雷锋网络