觀察者網(wǎng)6日從中國科技大學(xué)獲悉，該校潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的超導(dǎo)量子實驗團(tuán)隊，聯(lián)合中國科學(xué)院物理研究所范桁理論小組，在超導(dǎo)量子計算實驗領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，在一個集成了24個量子比特的超導(dǎo)量子處理器上，通過對超過20個超導(dǎo)量子比特的高精度相干調(diào)控，實現(xiàn)了 Bose-Hubbard 梯子模型多體量子系統(tǒng)的模擬。該研究成果于7月30日在線發(fā)表在國際權(quán)威期刊《物理評論快報》上。

據(jù)介紹，超導(dǎo)量子計算被普遍認(rèn)為是最有可能率先實現(xiàn)實用化量子計算的方案之一，因而備受關(guān)注。作為量子計算的基本單元——量子比特不同于非“0”即“1”的經(jīng)典比特，可以處于“0”態(tài)和“1”態(tài)之間的所謂“量子相干疊加態(tài)”。當(dāng)人們把量子疊加拓展到多量子比特體系，就自然導(dǎo)致了量子糾纏的概念。多個量子比特一旦實現(xiàn)了相干疊加，其代表的狀態(tài)空間將會隨著量子比特的數(shù)目指數(shù)增加。

這也被認(rèn)為是量子計算能夠有指數(shù)加速能力的根源所在。目前超導(dǎo)量子計算的核心目標(biāo)正是如何同步地增加所集成的量子比特數(shù)目以及提升超導(dǎo)量子比特性能，從而能夠高精度相干操控更多的量子比特，實現(xiàn)對特定問題處理速度上的指數(shù)加速，并最終應(yīng)用于實際問題中。

近年來，潘建偉團(tuán)隊瞄準(zhǔn)超導(dǎo)量子計算的核心目標(biāo)，取得一系列重要進(jìn)展。2019年初，他們在一維鏈結(jié)構(gòu)12個比特超導(dǎo)量子芯片上實現(xiàn)了最大規(guī)模的超導(dǎo)量子比特糾纏態(tài)12比特“簇態(tài)”的制備，保真度達(dá)到70%，打破此前創(chuàng)造的10個超導(dǎo)量子比特糾纏的紀(jì)錄。隨后，該團(tuán)隊開創(chuàng)性地將超導(dǎo)量子比特應(yīng)用到量子行走研究中，為未來多體物理現(xiàn)象的模擬以及利用量子行走進(jìn)行通用量子計算的研究奠定了基礎(chǔ)。

潘建偉團(tuán)隊以24個比特超導(dǎo)量子處理器為平臺，開展量子多體系統(tǒng)動力學(xué)問題的模擬研究，在超導(dǎo)量子芯片上實現(xiàn)了對Bose-Hubbard梯子模型多體量子系統(tǒng)的模擬，觀察到了單激發(fā)和雙激發(fā)兩種模式下完全不同的獨特動力學(xué)過程，顯示了超導(dǎo)量子芯片作為量子模擬平臺的強大應(yīng)用潛力，對強關(guān)聯(lián)多體系統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)特性研究有重要的指導(dǎo)意義，為利用多量子比特系統(tǒng)研究多體物理系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.050502