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中国科大多体量子行走迈出重要一步

2019/07/20

中国科大又一项成果登上《科学》杂志! 5月5日,中国科学技术大学发布重要成果,该校潘建伟院士团队联合中国科学院物理研究所范桁等理论小组,开创性地将超导量子比特应用到量子行走的研究中。成果5月2日在线发表在国际权威学术期刊《科学》上,为未来利用量子随机行走进行多体物理现象的模拟以及通用量子计算的研究打下了基础。

从人类基因图谱的绘制,到宇宙天体的演化,急需量子计算技术的进步。而发展量子计算技术,首先需要有足够多的纠缠量子比特,并对这些纠缠量子比特之间的相关关系进行推演。

随机行走指行走者在特定路线或区域无规律移动,如扩散等物理现象,发生在经典物理体系中的称为经典随机行走。量子行走是经典随机行走在量子力学中的拓展,区别于经典随机行走,由于量子具有叠加态的特性,粒子在格点中行走的特性需要用量子力学的波函数统计规律来诠释。量子行走本身可以模拟多体物理体系的量子行为,理论上最终可用于通用量子计算。

超导量子计算是量子计算最有前景的方案之一,作为固态量子计算方案,其内在优势在于工艺本身具有良好的可扩展性。然而,在不断集成更多量子比特的同时,如何保证所有量子比特的质量是目前最大的挑战。

潘建伟团队不久前成功实现12个量子比特的多体真纠缠态“簇态”制备,刷新了超导量子比特纠缠的世界纪录。尤其重要的是,中国科大团队方案比之前的方案有更好的可扩展性。这一纪录也是目前固态量子系统内最大的多体真纠缠比特数目,标志着中国科大自主研制的超导量子计算系统的整体性能已达到国际最先进的水平,为下一步实现大规模随机线路采样等“量子霸权”问题和可扩展单向量子计算奠定基础。

基于这一拥有足够多量子纠缠的高质量量子计算系统,潘建伟团队在世界上首次尝试在固态量子计算系统中实验演示强关联纠缠体系的量子行走,详细研究了单粒子及双粒子激发下的量子行走行为,观察到量子行走过程中量子纠缠的传播及演化,并成功观察到强关联光子体系中双光子的费米子化行为。(记者 桂运安)

【责任编辑:徐健】

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