對標谷歌！中國“量子之父”潘建偉實現量子計算優越性

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近日，中國科學技術大學潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊在量子領域取得了最新成果。

在發表的論文 Strong quantum computational advantage using a superconducting quantum processor 中，中科大團隊在「祖沖之號」量子計算原型機上展示了量子計算優越性。

論文地址：https://arxiv.org/pdf/2106.14734.pdf

目前該論文是arXiv預印本，還未正式發表。

對標谷歌「量子霸權」

2019年，谷歌首次使用53量子比特的量子處理器展示了量子優越性。

不同於之前的「九章」光量子平臺計算機，最新可編程超導量子系統對標2019年下半年穀歌第一次實現量子優越性的工作。

那麼，此次在超導體系上實現的量子優越性與谷歌實現的有何不同？

爲了表徵整個系統的性能，團隊運行了隨機量子線路採樣的基準測試，測試系統規模最高可達56量子比特和20個週期。

56量子比特隨機量子線路採樣

據團隊估計，這項任務的經典模擬的計算成本，要比當年谷歌 Sycamore 處理器 53 個 qubit 強 2-3 個數量級的量子優越性。

「祖沖之號」將現存功能最強大的超級計算機需 8 年完成的任務樣本壓縮至最短 1.2 小時完成，從而證明了量子計算的巨大優越性。

「祖沖之號」旗艦示意圖

當年谷歌證明的是，對一個53量子比特20個cycle的電路採樣一百萬次，量子計算機需要200秒的時間，用目前人類最強的經典的超級計算機則需要一萬年的時間。

另外，兩個芯片在對這些量子比特進行操作和讀取時發生錯誤的概率相比如何？

通過數據的比較，可以看出兩者的性能較爲接近，代表着國際領先水平。

基於以上，中科大研究團隊此次的工作，展現了一個明確的量子計算優勢，這是經典計算在合理時間範圍內無法完成的。

結果顯示，「祖沖之號」實現了平均99.86%的高保真度單量子比特門，和平均99.41%的雙量子比特門，以及平均95.48%的讀出。同時，對多個量子比特進行同步門操作。

量子行走

同樣在一個月前，潘建偉團隊在science上發表了一篇成功研製了62比特可編程超導量子計算原型機「祖沖之號」，並在此基礎上實現了可編程的二維量子行走。

量子行走（Quantum walk，QW）是經典隨機行走在量子力學中的拓展，區別於經典隨機行走，由於量子具有疊加態的特性，粒子在格點中行走的特性需要用量子力學的波函數統計規律來詮釋。

量子行走本身可以模擬多體物理體系的量子行爲，理論上最終可用於通用量子計算。

該論文使用一個8*8的二維超導量子比特方格，其中包含62個功能量子比特，以顯示多個（兩個）量子行走如何穿越二維量子比特陣列，並在過程中進行干擾。

超導量子處理器的佈局與結構

作者還能夠對量子所遵循的路徑進行編程，展示了一個馬赫－曾德爾（MZ）干涉儀，其中單個或多個量子行走者在干涉和退出一個端口之前連貫地穿越兩條路徑。

結果展示了基於超導的量子處理器在模擬大規模量子系統方面的潛力。

「工專並進，理實交融」是中科大的校訓，潘建偉等人的研究團隊近日發表的文章，展示了我國目前在量子計算領域的最新成果，同時也是一份獻給黨百年華誕的賀禮。

在國際紛爭的大環境下，希望我國有更多不同領域的科研團隊，繼續埋頭苦幹，在更多領域取得重大新進展。

參考資料：http://www.zhihu.com/question/468741820https://www.zhihu.com/question/468741820/answer/1971268726http://www.360doc.com/showweb/0/0/984615640.aspx

本文轉載自微信公衆號“新智元“（ID：AI_era），來源：zhihu，編輯yaxin, Priscilla。文章爲作者獨立觀點，不代表芥末堆立場，轉載請聯繫原作者。