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科研動態

蒿傑團隊實感計算架構助力超導量子計算獲重要進展

  • 发表日期:2019-08-12 【 【打印】【關閉】
  •   超導量子計算平台可集成多個量子比特,相幹時間長、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。衡量量子計算平台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,國際競爭尤爲激烈。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。

      中科院自動化所蒿傑研究員、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,以及中科院物理所範桁研究員、鄭東甯研究員、許凱副研究員、博士生李賀康(現浙江大學博士後)、張煜然博士(現北京計算科學研究中心博士後)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多體真糾纏的判據阈值,並首次展示了20量子比特5组分薛定谔猫态。 这一成果将固态系统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、快叠代計算場景。

      使用该架构在超导量子计算系统中主要实现了对量子比特的高精度控制、量子态的读取及解析等关键任务。对量子比特的控制需要可调控每一個量子比特的状态翻转以及频率调制。通过高精度实时控制输出信号的波形包络、偏置波形的频率以及信号通断等,实现了对多個量子比特的精确调控。通过高速采集可对多個量子比特状态进行同时读取,经过实时分析得到各量子比特的状态信息。实感计算架构的高通量信号注入能力使得测控系统对量子比特的调控更加精确,提高了量子门的操控精度,降低量子门出错率,有助于实现容错计算。由于整体的低功耗设计保证了较低的热噪声水平,减小了量子比特能量抖动,有利于延长量子比特的相干时间,防止其快速衰退为经典态,从而影响超导量子比特的计算能力。同时,该架构有较强的可扩展性,后续可以实现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複雜性的增加,量子計算——數千家企業已經通過IBM的雲量子計算服務訪問——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