硬实力!中科大、浙大接连出手量子芯片

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文/黄珊

来源:DeepTech深科技(ID:deeptechchina)

中国的量子计算机又迎来重要进展。在一周之内,由中国科学技术大学和浙江大学主导的两支研究团队分别在《物理评论快报》和 Science 上发表了其在量子计算上的最新研究。两个研究的重点并不相同,但都采用了高量子比特芯片作为基础物理研究课题的实验平台,显示了中国作为量子计算第一梯队的实力。

也就是说,在其他国家的研究团队还在纠结如何增加芯片中的量子比特数以及纠错算法时,我国科学家已经可以用高量子比特芯片来做实际的研究了。

中科大:在 24 位量子比特量子芯片上施展“魔法”

来自中科大潘建伟研究团队的“Propagation and Localization of Collective Excitations on a 24-Qubit Superconducting Processor”,文章刊登于 2019 年 7 月 31 日的《物理评论快报》(Physics Review Letter)上。三位第一作者中有两位来自中科大,另一位来自中科院北京国家凝聚态研究所。

中科大团队在文章中展示了他们在 24 位量子比特量子芯片上施展的“魔法”。

研究团队选取了基础物理中十分经典的研究课题——“玻色-哈勃德模型(Bose-Hubbard Model)”。简单而言,这是一个基本粒子相互作用力的物理模型,研究对象是玻色子(自旋量子数为整数倍的微小粒子),例如实验中使用的光子。

怎么来研究相互作用力?一般是在实验中将系统中某个玻色子的状态改变,再观察它以及其他玻色子状态变化,并以此推出它们之间的相互作用力。

具体来说,研究团队采用一块 24 量子比特(Qubit)的量子芯片进行试验,如图所示,量子比特 Q1A~Q10A 以及 Q1B~Q10B 中的光子是实验中编码和观测的对象,它们之间由电容耦合在一起,那么这 20 个量子比特就形成了一个 2 x 10 的“梯子”。如果我们将其中一个光子置为激发态,即图中的红色球,它可能会引起旁边三个光子的状态变化,就像球从一个坑移动到另一个坑一样。

可以理解为,这就是一个看光子的激发态怎么爬梯的实验。

首先,研究人员将边缘量子比特的光子置为激发态,它会像球一样,结果显示激发态会从一边传递到另一边,这和玻色-哈勃德模型的理论相符合,而实验的结果和仿真计算结果吻合。接着,他们做了第二个实验,将两端对角的两个边缘量子比特光子置为激发态,实验结果显示,两个光子的激发态相互独立地从一端移动到了另一端。最后,他们将一端的两个光子同时置为激发态,并探求这种情况下整个玻色-哈勃德梯子的状态,他们发现此时激发态并没有“传播”下去,而是在一端形成局部化的状态。

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