量子真糾纏態(tài)比特數目的發(fā)展歷史。研究團隊供圖

　　本報訊（中青報·中青網記者 邱晨輝）中國科學家繼2017年起先后完成10比特、12比特、18比特的真糾纏態(tài)制備之后，在量子科技領域又一次刷新世界紀錄——成功實現51比特超導量子簇態(tài)制備和驗證。

　　7月13日，記者從中國科學院獲悉，中國科學技術大學中國科學院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊與北京大學袁驍合作，近日成功實現了51個超導量子比特簇態(tài)制備和驗證，刷新了所有量子系統(tǒng)中真糾纏比特數目的世界紀錄，并首次演示了基于測量的變分量子算法。相關研究成果于7月12日在線發(fā)表在國際學術期刊《自然》上。

　　量子糾纏是量子力學中最神秘也是最基礎的性質之一，同時是量子信息處理的核心資源，是量子計算加速效應的根本來源之一。多年以來，實現大規(guī)模的多量子比特糾纏一直是各國科學家奮力追求的目標。自1998年人們首次利用核磁共振系統(tǒng)實現3比特GHZ態(tài)的制備開始，真多體糾纏態(tài)的制備成為包括光子、離子阱、金剛石氮空位色心、中性原子及超導量子比特等各種物理系統(tǒng)規(guī)模化擴展的重要表征手段。其中，超導量子比特具有規(guī)模化拓展的優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅速。

　　“然而，更大規(guī)模的真糾纏態(tài)制備要求高連通性的量子系統(tǒng)、高保真的多比特量子門以及高效準確的量子態(tài)保真度表征手段。”潘建偉介紹，高連通性保證了大規(guī)模量子態(tài)生成的可能性，避免因缺陷和連通性不足限制量子態(tài)規(guī)模；通過高保真量子門才能夠將量子比特連接起來形成高保真的多體量子糾纏態(tài)；而高效的量子態(tài)表征是克服隨比特數指數級增長的量子態(tài)規(guī)模復雜度、進行量子態(tài)保真度準確估計的重要保證。由于難以實現對量子系統(tǒng)性能、操控能力以及驗證手段的這些要求，此前真糾纏比特的規(guī)模未能突破24個量子比特。

　　研究團隊在前期構建的“祖沖之二號”超導量子計算原型機基礎上，進一步將并行多比特量子門的保真度提高到99.05%、讀取精度提高到95.09%，并結合研究團隊所提出的大規(guī)模量子態(tài)保真度驗證判定方案，成功實現了51比特簇態(tài)制備和驗證。最終51比特一維簇態(tài)保真度達到0.637±0.030，超過0.5糾纏判定閾值13個標準差。

　　“這項工作將量子系統(tǒng)中真糾纏比特數目的紀錄由原先的24個大幅刷新至51個，充分展示了超導量子計算體系優(yōu)異的可擴展性。”潘建偉說，在此基礎上，研究團隊首次實現了基于測量的變分量子算法，為基于測量的量子計算方案走向實用奠定了基礎。