近日，中国科研团队在量子计算领域再次创造世界纪录！浙江大学、中科院物理所、中科院自动化所以及北京计算科学研究中心等国内单位合作，开发出具有20个超导量子比特的量子芯片，并成功实现对其操控及全局纠缠！
又一项世界纪录！
继去年潘建伟团队实现18个光量子比特纠缠后，近日，由浙江大学、中科院物理所、中科院自动化所、北京计算科学研究中心等国内单位共同合作，再次在量子计算领域刷新了又一项世界纪录——开发了具有20个超导量子比特的量子芯片，并成功操控，实现了全局纠缠！
这一重磅成果刊登在了国际顶级杂志《Science》。
这项工作有多厉害？
只需要在短短187纳秒之内(相当于人眨眼所需时间的百万分之一)，20个人造原子从“起跑”时的相干态，历经多次“变身”，最终形成同时存在两种相反状态的纠缠态。
正如人民日报所评论：
操控这些量子比特生成全局纠缠态，标志着团队能够真正调动起这些量子比特。这“璀璨”的187纳秒，见证了人类在量子计算的研究道路上又迈进了一步。
20 个人造原子的 “薛定谔猫”量子计算的成功依赖于纠缠大规模系统的能力。研究人员开发了各种各样的平台，其中以超导量子比特和捕获原子为基础的架构是最先进的。在这样的量子系统上证明纠缠的可控生成和检测是大规模量子处理器发展的重要方向。然而，在完全可控和可扩展的量子平台上生成和验证多比特量子纠缠态仍然是一个突出的挑战。本研究报告了在一个量子处理器上生成18比特的全局纠缠的GHZ态，以及20比特的薛定谔猫态。通过设计单轴扭曲哈密顿量，量子比特系统一旦初始化，就会连贯地演化为多分量原子薛定谔猫态 - 即原子相干态的叠加，包括 GHZ 态在预期的特定时间间隔的叠加。研究人员表示，这种在固态平台上的方法不仅可以激发人们对探索量子多体系统基础物理的兴趣，而且还能促进量子计量和量子信息处理的实际应用的发展。下图显示了超导量子处理器的结构机器基准特征。
18个量子比特的GHZ态(A)用于产生和表征N-qubit GHZ态的脉冲序列。(B)N-qubit GHZ奇偶校验振荡。对于每个数据点(蓝色圆圈)，通过重复脉冲序列大约30×2^N次，来找到原始的2^N占有几率，然后应用读出校正来消除测量误差(27)，之后使用最大似然估计来验证占有几率并计算奇偶校验值P。为了估计误差条(error bars)，0033990威尼斯将完整的数据集划分为几个子群，每个子群包含大约5×2^N个样本，并且误差条对应于从这些子群计算的那些标准偏差。红线是正弦曲线拟合，条纹幅度对应于|r00...0,11...1|。对于N=16到18，在整个γ∈[-π/2，π/2]范围内，如果采样尺寸为30×2^N时，则重复测量花费的时间过长。用灰线连起来的灰点来自减小了~2^N采样尺寸的实验数据，没有误差条，作为视觉引导指示正确的N分段振荡周期。
多组分原子薛定谔猫态在动态过程中产生20个量子位元图3显示在实验控制条件下，20 个人造原子集体从零时刻起跑后的相干演化动态过程的捕捉。不到 200 纳秒的过程中，人造原子的集体状态历经多次变身，在不同时间点出现有不同组份数(对应球中红色圈的数量)的薛定谔猫态，最终形成 2 组份(同时存在两种相反状态)的薛定谔猫态。
A 和 B 图分别为理论预测和实验观察结果。C 图为根据建议在新视角下对 5 组份薛定谔猫态的重新描绘，球中蓝色区域的出现更有力地证明了量子纠缠的存在。在短短 187 纳秒之内(仅为人眨一下眼所需时间的百万分之一)，20 个人造原子从 “起跑” 时的相干态，历经多次 “变身”，最终形成同时存在两种相反状态的纠缠态。论文标题中，团队用了 “薛定谔猫态” 来描述捕捉到的现象。操控这些量子比特生成全局纠缠态，标志着团队能够真正调动起这些量子比特。
多粒子纠缠的操纵作为量子计算的技术制高点，一直是国际角逐的焦点。在光子体系，潘建伟团队在国际上率先实现了五光子、六光子、八光子和十光子纠缠，一直保持着国际领先水平。在超导体系，2015年，谷歌、美国航天航空局和加州大学圣芭芭拉分校宣布实现了9个超导量子比特的高精度操纵。这个记录在2016年底被中国科学家团队打破：潘建伟、朱晓波、王浩华等自主研发了10比特超导量子线路样品，通过发展全局纠缠操作，成功实现了当时世界上最大数目的超导量子比特的纠缠和完整的测量。进一步，研究团队利用超导量子电路，演示了求解线性方程组的量子算法，证明了通过量子计算的并行性加速求解线性方程组的可行性。相关成果也发表于国际权威期刊《物理评论快报》。
（转自：科技日报）
