187纳秒，见证纠缠态奇迹！

科普小知识2022-02-13 03:57:32

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187纳秒，见证纠缠态奇迹！

20位量子芯片原理图

8月9日，《科学》杂志发表了中国学者在量子计算研究方面的新进展。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、北京计算科学研究中心和国内其他单位组成的团队合作开发了一个含有20个超导量子位的量子芯片，并成功操纵该芯片实现全球纠缠，创造了在固态量子器件中产生纠缠态的量子位数量的新世界纪录。

量子比特数是衡量量子计算机性能的重要指标之一。每增加一个量子位，量子计算机的计算能力就会成倍增加。据报道，一台30量子比特的量子计算机的计算能力相当于一台每秒钟进行数万亿次浮点运算的经典计算机，是当今经典台式计算机速度的10，000倍。人们相信，一旦量子位的数量达到50或更多，在处理某些特定问题时，它将能够超越超级计算机的计算能力。

全球纠缠，普遍的理解是让所有的量子位一起工作。量子操控是量子计算的技术制高点，而全球纠缠的实现是检验操控是否成功的标志。"在保持质量稳定的同时高精度地控制它们是一个非常困难的挑战."该论文的合著者、中国科学院物理研究所副研究员许凯说。

利用这个芯片，实验小组产生并校准了18位全球纠缠的GHZ态和20位薛定谔猫态。“我们确实看到了一个我们在经验世界中看不到的现象。它象征性地是一只由20个人造原子组成的‘猫’，薛定谔猫态。”论文的合著者、浙江大学物理系博士生宋超说。

在187纳秒的短时间内(人类眨眼时间的百万分之一)，20个人造原子的相干态从“开始”就经历了多次转变，最终同时形成了两个相反态的纠缠态。“辉煌的”187纳秒见证了量子计算研究的又一个进步。

“与世界上其他超导量子芯片相比，我们开发的芯片有一个显著的特点，即所有的比特可以相互连接，这可以提高量子芯片的运行效率，也是我们能够率先实现20比特纠缠的重要原因之一。”许凯总结道。

多比特量子纠缠态的实验制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。据报道，该作品于5月1日首次在预印的网站上发布。5月14日，美国IBM超导量子计算团队和哈佛大学里德堡原子团队也在预印的网站上宣布了类似的实验结果。三个工作报告中报道的纠缠比特数基本相同，反映了以纠缠态制备为代表的多量子比特的相干操纵是当前工作的主要方向。

此外，在5月2日，我们的团队收到了一封来自英国教授的电子邮件，对实验结果表示赞赏。“他在信中提供了很好的研究建议。我们用他的方法补充了实验，更充分地验证了我们的研究结果。”宋超说，在发表在《科学》杂志上的论文中，研究小组特别感谢了他们从未见过的英国教授。