超导量子优越性指日可待！62比特量子计算原型机“祖冲之号”问世

当前，以量子信息科学为代表的量子科技正在不断形成新的科学前沿、激发革命性的科技创新、孕育对人类社会产生巨大影响的颠覆性技术。量子计算与量子信息近年的发展受到国际上的普遍关注。

在2020年末举办的“量子计算及量子信息研讨会”上，中国科大朱晓波教授表示，超导量子计算领域已经进入了一个阶段--从性能的角度来说，每个比特已经可以满足可扩展，即容错量的计算，超过量子纠错九十九点几的门槛；现在大多数研究团队所关注的是能不能进一步扩展，从而能做大规模的或者说至少在近期能够有一个更高精度和更多比特数目并行的系统。

同时，朱晓波教授指出，中国科大此前在研究60量子比特的量子处理器，从六七月份、七八月份开始已经迭代4次，由于系统的复杂性，原本希望2020年的未来几个月或者是至少2021年上半年能把其量子优越性展示出来，但是现在看来还有不少问题，朱晓波教授表示，中国科大还将继续努力，希望能尽早成功并展示。

近日，中国科大中科院量子创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队在超导量子处理器的研究上取得重大突破，成功研制了62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”。

图: 二维超导量子比特芯片示意图，每个橘色十字代表一个量子比特

基于此原型机，研究团队成功进行了二维可编程量子行走的演示，在二维结构的超导量子比特芯片上，观察了单粒子及双粒子激发情形下的量子行走现象，实验研究了二维平面上量子信息传播速度，同时通过调制量子比特连接的拓扑结构的方式构建马赫-曾德尔干涉仪，实现了可编程的双粒子量子行走。

该成果于近日在国际学术期刊《科学》杂志上发表。其为在超导量子系统上实现量子优越性展示及可解决具有重大实用价值问题的量子计算研究奠定了技术基础。

此外，基于“祖冲之号”量子计算原型机的二维可编程量子行走在量子搜索算法、通用量子计算等领域具有潜在应用，将是后续发展的重要方向。

潘建伟、朱晓波、彭承志等长期瞄准超导量子计算的上述核心目标，已经取得了一系列重要进展：

2019年初，在一维链结构12比特超导量子芯片上实现了12个量子比特纠缠“簇态”的制备，保真度达到70%，打破了之前创造的10个超导量子比特纠缠的纪录；

其次，该团队开创性地将超导量子比特应用到量子行走的研究中,为未来多体物理现象的模拟以及利用量子行走进行通用量子计算的研究奠定了基础；

随后，团队将芯片结构从一维扩展到准二维，制备出包含24个比特的高性能超导量子处理器，并首次在固态量子计算系统中，实现了超过20比特的高精度量子相干调控。

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