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科研動態

蒿杰團隊實感計算架構助力20超導量子比特薛定諤貓態制備

  • 發表日期:2019-08-12 【 【打印】【關閉】
  •   超導量子計算平臺可集成多個量子比特,相干時間長、操控和讀出精度高,是實用化、可擴展量子計算主要技術路線之一。衡量量子計算平臺性能的一個標志性成果是多量子比特糾纏態的制備,特別是Greenberger-Horne-ZeilingerGHZ)態的實驗制備,國際競爭尤為激烈。近日,由浙江大學、中科院物理研究所、中科院自動化所、北京計算科學研究中心等國內單位組成的團隊,在超導量子計算實驗取得重要進展。

      中科院自動化所蒿杰研究員、馮卉助理研究員與浙江大學博士生宋超、王浩華教授、王大偉教授、朱詩堯院士,以及中科院物理所范桁研究員、鄭東寧研究員、許凱副研究員、博士生李賀康(現浙江大學博士后)、張煜然博士(現北京計算科學研究中心博士后)等通力合作,經過近兩年時間的器件設計與制備、實驗測控運行及數據處理,成功將全局量子糾纏的量子比特數目推進到20個,特別是實現了18個量子比特GHZ態制備,其保真度超過GHZ多體真糾纏的判據閾值,并首次展示了20量子比特5組分薛定諤貓態。 這一成果將固態系統GHZ態糾纏量子比特數世界紀錄從10個推進到18個,成果已于89日在國際學術刊物《科學》發表(Science 365, 574-577 (2019))。

      實感計算架構通過低延時感算控一體化設計,具有實時感知、計算、操控能力強以及易擴展性、低功耗的特點,已成功應用于射電大科學裝置、邊緣計算、全腦區活體光學實時成像與操控等高通量、低延時、快迭代計算場景。

      使用該架構在超導量子計算系統中主要實現了對量子比特的高精度控制、量子態的讀取及解析等關鍵任務。對量子比特的控制需要可調控每一個量子比特的狀態翻轉以及頻率調制。通過高精度實時控制輸出信號的波形包絡、偏置波形的頻率以及信號通斷等,實現了對多個量子比特的精確調控。通過高速采集可對多個量子比特狀態進行同時讀取,經過實時分析得到各量子比特的狀態信息。實感計算架構的高通量信號注入能力使得測控系統對量子比特的調控更加精確,提高了量子門的操控精度,降低量子門出錯率,有助于實現容錯計算。由于整體的低功耗設計保證了較低的熱噪聲水平,減小了量子比特能量抖動,有利于延長量子比特的相干時間,防止其快速衰退為經典態,從而影響超導量子比特的計算能力。同時,該架構有較強的可擴展性,后續可以實現更多量子比特的控制。

     

      由于量子計算機的強大能力,使它有可能快速完成某些經典計算機無法完成的計算,使其在新藥研發、網絡安全、金融服務等領域具有廣泛的應用前景。Dario Gil(Director of IBM Research)在文章中甚至提到隨著人工智能問題復雜性的增加,量子計算——數千家企業已經通過IBM的云量子計算服務訪問——可能會改變我們處理AI計算任務的方式。 

      此工作得到國家重點研發計劃(No. 2017YFA0304300No. 2016YFA0300600), 自然科學基金(No. 11725419No. 11434008)及中科院先導專項(No. XDB28000000)等的支持。

      論文鏈接:https://science.sciencemag.org/content/365/6453/574

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