祸水红颜

中国科大成功研制62比特可编程超导量子计算处理器

发布时间:2020-05-08     来源于:上海研究院

中(zhong)国科大中(zhong)科院(yuan)量(liang)(liang)子信息(xi)与量(liang)(liang)子科技(ji)创新研究院(yuan)(以下简称量(liang)(liang)子创新研究院(yuan))潘建伟、朱晓(xiao)波、彭(peng)承志等组成的(de)研究团队,成功研制了(le)62比(bi)特可编程(cheng)超导量(liang)(liang)子计算原型机“祖冲之(zhi)号(hao)”,并在此基础上(shang)实现了(le)可编程(cheng)的(de)二维量(liang)(liang)子行走。相关研究成果于2021年5月7日在线发(fa)表在国际学术(shu)期(qi)刊《科学》杂志上(shang)。

量(liang)(liang)子计(ji)算(suan)机(ji)在原理上具(ju)有超(chao)快的(de)(de)(de)(de)并(bing)行计(ji)算(suan)能力,可望通过特定(ding)算(suan)法在一(yi)些具(ju)有重(zhong)大社会(hui)和经(jing)济(ji)价(jia)值的(de)(de)(de)(de)问题方面(如(ru)(ru)密(mi)码破(po)译(yi)、大数(shu)据(ju)优化、材料设计(ji)、药物分(fen)析等)相比(bi)经(jing)典计(ji)算(suan)机(ji)实(shi)(shi)(shi)现指数(shu)级别的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)速。当前,量(liang)(liang)子计(ji)算(suan)机(ji)研制作为世界科技前沿的(de)(de)(de)(de)重(zhong)大挑战(zhan)之(zhi)一(yi),已(yi)经(jing)成(cheng)为欧美(mei)各(ge)发达国家竞相角逐的(de)(de)(de)(de)焦点。超(chao)导量(liang)(liang)子计(ji)算(suan),作为最有希(xi)望实(shi)(shi)(shi)现可拓展量(liang)(liang)子计(ji)算(suan)的(de)(de)(de)(de)候(hou)选(xuan)者(zhe)之(zhi)一(yi),其核(he)心(xin)目(mu)标是(shi)如(ru)(ru)何(he)同步(bu)地增加(jia)(jia)所集成(cheng)的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子比(bi)特数(shu)目(mu)以(yi)及提(ti)升超(chao)导量(liang)(liang)子比(bi)特性能,从而能够高精度相干操控更多的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子比(bi)特,实(shi)(shi)(shi)现对特定(ding)问题处理速度上的(de)(de)(de)(de)指数(shu)加(jia)(jia)速,并(bing)最终应(ying)用(yong)于(yu)实(shi)(shi)(shi)际问题中。

潘建(jian)伟、朱晓波、彭承志(zhi)等长期瞄准超(chao)(chao)导(dao)(dao)量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)计算的(de)(de)上(shang)述核(he)心目标,取得了一系(xi)列重要进展(zhan)。2019年初,在(zai)(zai)一维链(lian)结构12比(bi)(bi)(bi)特(te)(te)(te)超(chao)(chao)导(dao)(dao)量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)芯片上(shang)实现了12个量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)(bi)特(te)(te)(te)纠(jiu)缠“簇(cu)态(tai)”的(de)(de)制(zhi)(zhi)备,保真度(du)(du)达到(dao)70%(Phys. Rev. Lett. 122, 110501 (2019)),打破了之前创造(zao)的(de)(de)10个超(chao)(chao)导(dao)(dao)量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)(bi)特(te)(te)(te)纠(jiu)缠的(de)(de)纪录。同(tong)时,该团队开创性地将超(chao)(chao)导(dao)(dao)量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)(bi)特(te)(te)(te)应用到(dao)量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)行走的(de)(de)研究中,为未来多体物理(li)现象的(de)(de)模拟以及利用量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)行走进行通用量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)计算的(de)(de)研究奠(dian)定了基础(Science 364, 753 (2019))。随后,团队将芯片结构从一维扩展(zhan)到(dao)准二维,制(zhi)(zhi)备出包含24个比(bi)(bi)(bi)特(te)(te)(te)的(de)(de)高(gao)性能超(chao)(chao)导(dao)(dao)量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)处理(li)器,并首次(ci)在(zai)(zai)固(gu)态(tai)量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)计算系(xi)统中,实现了超(chao)(chao)过20比(bi)(bi)(bi)特(te)(te)(te)的(de)(de)高(gao)精度(du)(du)量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)相干调控(Phys. Rev. Lett. 123, 050502 (2019))。

近期,该(gai)团(tuan)队(dui)在(zai)(zai)自主研制(zhi)(zhi)二(er)维(wei)(wei)(wei)结构超(chao)导量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)特(te)芯(xin)片(pian)的(de)基(ji)础上,成(cheng)功(gong)构建了(le)(le)国际上超(chao)导量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)特(te)数目最多、包含62个比(bi)特(te)的(de)可(ke)(ke)(ke)(ke)编(bian)(bian)程(cheng)超(chao)导量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)计(ji)算原(yuan)型(xing)机“祖(zu)冲之(zhi)号”,并在(zai)(zai)该(gai)系统上成(cheng)功(gong)进行了(le)(le)二(er)维(wei)(wei)(wei)可(ke)(ke)(ke)(ke)编(bian)(bian)程(cheng)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)行走的(de)演示(shi)。研究团(tuan)队(dui)在(zai)(zai)二(er)维(wei)(wei)(wei)结构的(de)超(chao)导量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)特(te)芯(xin)片(pian)上,观察了(le)(le)单(dan)粒(li)(li)子(zi)(zi)(zi)及双(shuang)粒(li)(li)子(zi)(zi)(zi)激发情形下(xia)的(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)行走现(xian)象(xiang),实验研究了(le)(le)二(er)维(wei)(wei)(wei)平面上量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)信(xin)息(xi)传播速(su)度,同时通(tong)过调制(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)特(te)连接(jie)的(de)拓扑结构的(de)方式构建马(ma)赫-曾德尔干涉仪,实现(xian)了(le)(le)可(ke)(ke)(ke)(ke)编(bian)(bian)程(cheng)的(de)双(shuang)粒(li)(li)子(zi)(zi)(zi)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)行走。该(gai)成(cheng)果(guo)为在(zai)(zai)超(chao)导量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系统上实现(xian)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)优越性(xing)展示(shi)及可(ke)(ke)(ke)(ke)解决具有重大实用(yong)价值问题的(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)计(ji)算研究奠定了(le)(le)技术基(ji)础。此外(wai),基(ji)于“祖(zu)冲之(zhi)号”量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)计(ji)算原(yuan)型(xing)机的(de)二(er)维(wei)(wei)(wei)可(ke)(ke)(ke)(ke)编(bian)(bian)程(cheng)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)行走在(zai)(zai)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)搜索算法(fa)、通(tong)用(yong)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)计(ji)算等领域具有潜在(zai)(zai)应用(yong),将是后(hou)续发展的(de)重要方向。

“”

                                         图(tu): 二维超导量子比特(te)芯(xin)片示意图(tu), 每个橘色(se)十字(zi)代(dai)表(biao)一个量子比特(te)。

 

上(shang)述(shu)项(xiang)目受到(dao)了中国科学院、安徽省、科技部(bu)、上(shang)海市和(he)基金委的支(zhi)持(chi)。

论(lun)文链接(jie):

 

(合肥微尺度物质科学国家(jia)研(yan)究(jiu)中心、中科院量子信(xin)息与(yu)量子科技创新(xin)研(yan)究(jiu)院、科研(yan)部)


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