從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校中科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(tuán)隊(duì)，成功研制了62比特可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了可編程的二維量子行走。相關(guān)研究成果于5月7日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志上。

量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)，其可望通過特定算法在一些具有重大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的問題上實(shí)現(xiàn)指數(shù)級別的加速。超導(dǎo)量子計(jì)算作為最有希望實(shí)現(xiàn)可拓展量子計(jì)算的候選者之一，其核心目標(biāo)是如何同步地增加所集成的量子比特?cái)?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(shí)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(shí)際問題中。

潘建偉、朱曉波、彭承志等在前期工作的基礎(chǔ)上，自主研制二維結(jié)構(gòu)超導(dǎo)量子比特芯片，成功構(gòu)建了國際上超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)目最多、包含62個(gè)比特的可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”，并在該系統(tǒng)上成功進(jìn)行了二維可編程量子行走的演示。研究團(tuán)隊(duì)在二維結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)量子比特芯片上，觀察了單粒子及雙粒子激發(fā)情形下的量子行走現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)研究了二維平面上量子信息傳播速度，同時(shí)通過調(diào)制量子比特連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方式構(gòu)建馬赫—曾德爾干涉儀，實(shí)現(xiàn)了可編程的雙粒子量子行走。

該成果為在超導(dǎo)量子系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性展示及可解決具有重大實(shí)用價(jià)值問題的量子計(jì)算研究奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。此外，基于“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)的二維可編程量子行走在量子搜索算法、通用量子計(jì)算等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用，將是后續(xù)發(fā)展的重要方向。

二維超導(dǎo)量子比特芯片示意圖, 每個(gè)橘色十字代表一個(gè)量子比特。