欧宝体育

業務資訊
欧宝体育  > 新聞中心 > 業務資訊

1250對!我國科學家在量子計算領域再獲突破

發布日期: 2020-06-20 信息來源:欧宝体育

   人民(min)網(wang)北京6月(yue)19日電(dian)(趙竹青)1250對!潘建偉(wei)團隊成(cheng)果(guo)凌晨再登《科(ke)學》。記者從中國(guo)科(ke)學院采訪獲悉(xi),中國(guo)科(ke)學技術(shu)大學潘建偉(wei)、苑震生等(deng)在超冷原(yuan)子量子計算(suan)和模擬研究中取(qu)得(de)重要進(jin)展。

   此次(ci)進展主要是在(zai)超冷原子光(guang)晶格中實現(xian)大(da)規模高保真度量(liang)子糾纏(chan)對(dui)的(de)同步制備(bei)。他們在(zai)理(li)論上提出并(bing)實驗實現(xian)原子深(shen)度冷卻新機制的(de)基(ji)(ji)礎(chu)上,在(zai)光(guang)晶格中首次(ci)實現(xian)了(le)1250對(dui)原子高保真度糾纏(chan)態的(de)同步制備(bei),為基(ji)(ji)于超冷原子光(guang)晶格的(de)規模化量(liang)子計算與模擬奠定了(le)基(ji)(ji)礎(chu)。

   北京(jing)時間6月19日,國際(ji)著名學術期刊《科學》雜志以“First Release(預先發(fa)布(bu))”形式在(zai)線發(fa)布(bu)了該(gai)研究(jiu)成果。

   聚焦未來(lai)顛覆性技術: 量(liang)子(zi)計算和量(liang)子(zi)模(mo)擬

   基于量(liang)(liang)子(zi)(zi)力(li)學(xue)的(de)(de)基本原理(li),量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)和模擬被認為(wei)是(shi)后摩爾時代推動(dong)高(gao)速信息處(chu)理(li)的(de)(de)顛覆(fu)性技(ji)術(shu),有望(wang)解決(jue)諸如高(gao)溫超導機制模擬、密(mi)碼破解等重大科(ke)學(xue)和技(ji)術(shu)問題(ti)。量(liang)(liang)子(zi)(zi)糾纏是(shi)量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)的(de)(de)核心資源,量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)的(de)(de)能力(li)將隨糾纏比特數(shu)目的(de)(de)增長呈指數(shu)增長。

   因而,大(da)規模糾纏態(tai)的制備、測量(liang)和相干操控是該研(yan)究領(ling)域的核(he)心問題。

   實(shi)現大(da)(da)規模糾(jiu)纏態(tai)的(de)(de)(de)通常途徑是(shi)(shi),先同步制(zhi)備(bei)大(da)(da)量糾(jiu)纏粒(li)(li)子對,然后通過(guo)量子邏輯門操作將其連(lian)接形(xing)成多(duo)粒(li)(li)子糾(jiu)纏。因此,高品質糾(jiu)纏粒(li)(li)子對的(de)(de)(de)同步制(zhi)備(bei)是(shi)(shi)實(shi)現大(da)(da)規模糾(jiu)纏態(tai)的(de)(de)(de)首要條件。

   研究人員(yuan)介紹,十幾年來,已有(you)很多(duo)實驗在光子(zi)、囚禁離(li)子(zi)、中性原子(zi)等系統中演(yan)示了操控多(duo)個量(liang)子(zi)比特進行信息處理的可行性。“但(dan)是,以(yi)往的工作(zuo)中,受限于糾纏(chan)對的品質和(he)量(liang)子(zi)邏輯(ji)門的操控精度(du),目前人們所(suo)能制(zhi)備的最大糾纏(chan)態距離(li)實用化的量(liang)子(zi)計算(suan)和(he)模擬所(suo)需的糾纏(chan)比特數和(he)保真度(du)還有(you)很大差(cha)距。”

   創紀錄“低熵”: 大(da)規(gui)模高保真(zhen)制(zhi)備量子糾纏

   在實(shi)現量子(zi)比(bi)特的(de)眾(zhong)多物理體系中,光晶格(ge)超冷原子(zi)比(bi)特和(he)(he)超導比(bi)特具備良好的(de)可(ke)升擴展性和(he)(he)高精度的(de)量子(zi)操控(kong)性,是最(zui)有可(ke)能率(lv)先(xian)實(shi)現規模化量子(zi)糾纏的(de)系統。

   “我國(guo)在此領域走(zou)在前列。”科(ke)研(yan)人員介紹(shao),自2010年開始,中國(guo)科(ke)大研(yan)究團隊(dui)與德(de)國(guo)海德(de)堡大學(xue)合(he)作,對(dui)基于超冷原子光晶(jing)格的可拓展量子信息處理展開聯合(he)攻關。

   據(ju)介紹,在前期(qi)的(de)(de)(de)研(yan)究中,該(gai)團隊使(shi)用Rb-87超(chao)冷原(yuan)子制備了(le)600多對保真度為(wei)79%的(de)(de)(de)超(chao)冷原(yuan)子糾(jiu)(jiu)纏態;并使(shi)用該(gai)體系(xi)調控特殊的(de)(de)(de)環交換相互作用產生四體糾(jiu)(jiu)纏態,模擬了(le)拓(tuo)撲量子計算中的(de)(de)(de)任(ren)意子激發模型(xing)。以上的(de)(de)(de)實驗(yan)中,由于晶(jing)格中原(yuan)子的(de)(de)(de)溫(wen)度偏高(約10 nK),使(shi)得晶(jing)格中原(yuan)子填充缺陷大(da)(da)于10%,這對于糾(jiu)(jiu)纏原(yuan)子對連(lian)接(jie)形成更大(da)(da)的(de)(de)(de)多原(yuan)子糾(jiu)(jiu)纏態和提升糾(jiu)(jiu)纏保真度有(you)很大(da)(da)的(de)(de)(de)影響。

   在(zai)這項(xiang)研究中(zhong),團(tuan)隊首次提出了使(shi)用交錯式晶格結構(gou)將處在(zai)絕緣(yuan)(yuan)態(tai)(tai)的(de)冷原(yuan)子浸泡(pao)到(dao)超流態(tai)(tai)冷原(yuan)子中(zhong)的(de)新制冷機(ji)制,通過絕緣(yuan)(yuan)態(tai)(tai)和超流態(tai)(tai)之間高(gao)效率(lv)的(de)原(yuan)子和熵的(de)交換(huan),使(shi)系統(tong)中(zhong)的(de)熱(re)量主要以(yi)超流態(tai)(tai)低能(neng)激發的(de)形式存儲,再用精確的(de)調控手段將超流態(tai)(tai)移除(chu),從(cong)而獲得(de)低熵的(de)完美填充晶格。

   該(gai)實驗實現了這(zhe)一制冷過程,制冷后使(shi)系統的(de)熵降低了65倍,達到(dao)了創紀錄(lu)的(de)低熵,使(shi)得(de)晶格中(zhong)原子填充率大幅(fu)提(ti)高(gao)到(dao)99.9%以上。在此基礎上,該(gai)團隊開發了兩原子比特(te)高(gao)速(su)糾(jiu)纏(chan)門,獲得(de)了糾(jiu)纏(chan)保真(zhen)度為99.3%的(de)1250對糾(jiu)纏(chan)原子。

   研究(jiu)將極大(da)推動量子(zi)計算和模擬領域的發展

   《科學》雜志的(de)審稿人對該工作給予高度評(ping)價: “他們在原子比(bi)特中實(shi)現了我所知的(de)最低(di)的(de)熵,并(bing)且是在如此(ci)大(da)的(de)(1萬個原子)系統中;進一步,他們報導了我所知的(de)中性原子中的(de)最高保(bao)真度兩比(bi)特量(liang)子門(men)。”

   “開發新的晶格量子氣體制冷技(ji)術(shu),是該學界為(wei)了研究(jiu)新物(wu)態和滿足量子信息(xi)處(chu)理需求的重(zhong)要(yao)目標。有鑒于此,我(wo)認為(wei)他們實現(xian)如此大的熵減是一個突破(po)……”

   此項成果對于(yu)未(wei)來的科研(yan)發展(zhan)有(you)何意(yi)義?中科大科研(yan)人(ren)員(yuan)告訴記者,在(zai)該(gai)研(yan)究(jiu)(jiu)工作的基(ji)礎上,研(yan)究(jiu)(jiu)團隊將通過連接多對糾纏原子(zi)(zi)的方法(fa),制備幾十(shi)到上百個原子(zi)(zi)比特的糾纏態,用以開(kai)展(zhan)單向(xiang)量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算和復雜強關聯多體系統量(liang)子(zi)(zi)模擬研(yan)究(jiu)(jiu)。

   同時,該工作(zuo)中的新(xin)制冷(leng)技術(shu)將有助(zhu)于對超(chao)冷(leng)費(fei)米子系(xi)統(tong)的深度(du)冷(leng)卻(que),使(shi)得(de)系(xi)統(tong)達到模擬高(gao)溫超(chao)導物理機制的苛(ke)刻溫區(qu)。

   該(gai)研究工(gong)作得(de)到了科技(ji)部(bu)、國家(jia)自然科學基金委、中科院(yuan)、教育部(bu)和(he)安徽省等的支持。

 

媒體垂詢

E-mail:ZNJ@mucagel.com

欧宝体育