“祖冲之二号”再立功，我国科学家成功制备并验证 51 个超导量子比特的真纠缠刷新世界

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IT之家 7 月 13 日消息，中国研究人员已经成功实现 51 个超导量子比特簇态制备和验证，刷新了所有量子系统中真纠缠比特数目的世界纪录，并首次演示了基于测量的变分量子算法。



▲ 量子真纠缠态比特数目的发展历史。（图源：官方团队）
该研究由中国科学技术大学潘建伟院士、朱晓波、彭承志团队和北京大学袁骁等科研人员合作完成，相关研究成果已于 7 月 12 日发表于《自然》杂志（IT之家附 DOI：10.1038 / s41586-023-06195-1）。



大规模的真纠缠态制备要求高连通性的量子系统、高保真的多比特量子门以及高效准确的量子态保真度表征手段，由于难以实现对量子系统性能、操控能力以及验证手段的这些要求，此前真纠缠比特的规模未能突破 24 个量子比特。

实际上，此前也曾有人尝试使用大量量子比特来实现这一目标，但没有一个能够验证纠缠的存在。

对于两个相互纠缠的粒子，只要改变其中一个粒子的属性便会同时改变另一个粒子的相同属性。对于更多的粒子，不仅每对粒子可以纠缠在一起，而且所有粒子都可以与彼此相互纠缠。

研究人员在 1980 年代末研究了如何以这种更复杂的方式将三四个光子纠缠在一起，而且之前还实现了 27 个量子比特的量子计算机。



图源 Pixabay
我国研究人员在前期构建的“祖冲之二号”超导量子计算原型机的基础上进一步将并行多比特量子门的保真度提高到 99.05%，读取精度提高到 95.09%，并结合研究团队所提出的大规模量子态保真度验证判定方案，成功实现了 51 比特簇态制备和验证。

研究人员利用我国超导量子计算原型机成功地纠缠了一行中的 51 个量子比特和一个二维平面上的 30 个量子比特，在每种情况下都创造了记录。



▲ 利用“祖冲之二号”完成的 51 比特一维簇态制备的线路及量子态保真度结果。
“这一成功源于对设备进行精细校准和深思熟虑的设计选择，”苏黎世联邦理工学院的 Nathan Lacroix 说道，“这说明了祖冲之计算机的强大能力”。他指出，其他研究人员之前也曾创建过类似的系统，其量子比特数高达 57 个，但无法验证每个量子比特是否与其他量子比特纠缠在一起。

“纠缠是传统计算机和量子计算机之间的关键差异之一，也是量子算法的关键要素。因此，展示大量纠缠量子比特是量子计算机的一个重要基准，”澳大利亚新南威尔士大学的 Charles Hill 说道。Hill 和他的同事尝试使用一个 65 量子比特的设备来完成类似的壮举，但只能证明这些量子比特成对地纠缠在一起，而不是作为一个整体。

朱晓波表示，“我们必须开发一种新的观察纠缠的方法”。这涉及到如何巧妙地选择一组最小的测量指标，以收集足够的信息来描述量子比特正在做什么，而不会花费太多时间或计算资源。

荷兰代尔夫特理工大学的 Christian Andersen 表示，虽然目前还不清楚 51 个纠缠量子比特如何用于计算，但研究人员取得了令人印象深刻的技术成就，并创建了一个非常复杂的系统，因为它在经典物理学中没有对应物。他说：“这项工作可以启发其他研究人员了解我们实际上可以用超导量子比特做什么。”

“这项工作将量子系统中真纠缠比特数目的纪录由原先的 24 个大幅刷新至 51 个，充分展示了超导量子计算体系优异的可扩展性。”潘建伟说，在此基础上，研究团队首次实现了基于测量的变分量子算法，为基于测量的量子计算方案走向实用奠定了基础。

https://www.ithome.com/0/705/477.htm

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牛逼                             

李一族

牛逼                             

hispeed

量子计算机不能算1+1等于几,于现实没有价值,更像是一个噱头,专门用来发论文的
等到人类能实现星际旅行后才可能有价值,

邪恶的光B

看不懂，只能说：“牛逼”！

cnstal

看不懂 有没有大佬科普下。

pmax

hispeed 发表于 2023-7-13 10:44
量子计算机不能算1+1等于几,于现实没有价值,更像是一个噱头,专门用来发论文的
等到人类能实现星际旅行后才 ...

你这么判断基于的科学原理和工程洞察是啥？

还是说有论文支撑了已经？

beowulf

hispeed 发表于 2023-7-13 10:44
量子计算机不能算1+1等于几,于现实没有价值,更像是一个噱头,专门用来发论文的
等到人类能实现星际旅行后才 ...

量子计算机设计就不是算1+1 的。

柔软的肚子

所以蚁人是中国人了？

hispeed

pmax 发表于 2023-7-13 11:55
你这么判断基于的科学原理和工程洞察是啥？

还是说有论文支撑了已经？ ...

之前翻译过google量子计算的视频时才了解到他的作用机制,在此之前我也以为这玩意就和电脑一样,了解后才发现这玩意的原理决定了它不可能改变现在的世界,不过时间久了也快忘了,记得这玩意就是个概率机器,不能做二进制运算,你的电脑永远不会是量子计算机,它唯一的好处就是听起来玄,似乎能超光速甚至超越时间限制,但这个东西不能证实也不能证伪,在中国牛逼的宣传模式下夸大了量子计算机的作用,后来京沪高铁的所谓量子通信也被搁置了

dcl2009

hispeed 发表于 2023-7-13 10:44
量子计算机不能算1+1等于几,于现实没有价值,更像是一个噱头,专门用来发论文的
等到人类能实现星际旅行后才 ...

估计让你了解什么是矩阵运算是挺难，1+1当然能算，随便改改编码就行

举个不恰当的例子，你用一个10万吨油轮送一瓶矿泉水，当然可以

现在的难点是高保真取样，而不是取样以后怎么套算法

邪恶的光B

hispeed 发表于 2023-7-13 15:01
之前翻译过google量子计算的视频时才了解到他的作用机制,在此之前我也以为这玩意就和电脑一样,了解后才发 ...

个人感觉概率其实不是啥问题，那应该是一种算法而已，以后都能根据硬件特性优化吧。

还打个比方：1、如果套用现在的模型，求一个区域下雨概率的精度能到小数点后十几位，时间只要现在超级计算机一半不到的时间；2、制造新能源车的发动机，肯定是要做电磁方面的计算，算出定转子各尺寸小数点后5位，实际制造的时候也只可能加工到后2位，如果达到同样结果只花了1/10的时间，那它就是非常成功的了。

现实生活中间很多事情对效率要求会高过答案的绝对准确。

hispeed

邪恶的光B 发表于 2023-7-13 16:51
个人感觉概率其实不是啥问题，那应该是一种算法而已，以后都能根据硬件特性优化吧。

还打个比方：1、如 ...

不可以的,他的算法是硬的,可以说工具就是算法,是一体的,是死的,只能做一些没有实际用处的概率计算,其实就是不停在试错找最短路径
如果它能通过算法转为做二进制运算,那么谷歌70位的量子计算机已经能让Nvidia直接毕业了

dcl2009

hispeed 发表于 2023-7-13 17:37
不可以的,他的算法是硬的,可以说工具就是算法,是一体的,是死的,只能做一些没有实际用处的概率计算,其实就 ...

你可能还没了解他的原理，这玩意能进行量子计算没错，但是取得量子结果，并且保证他是对的这就比较麻烦了，目前谷歌就是用概率逼近的办法解决这个问题，严重依赖样本数量。国内的光量子好一些，也不是很理想，但是可以通过相位进行编程这是优点

不过现在说这些都没啥用，现在能把量子点提高的千个左右，不管用哪种办法，采样准确率超过百分之九十，再配合优化的算法，破解大质数乘法问题不算难事，到时候你遇到的大多数加密算法都会失效

huanan1209

hispeed 发表于 2023-7-13 10:44
量子计算机不能算1+1等于几,于现实没有价值,更像是一个噱头,专门用来发论文的
等到人类能实现星际旅行后才 ...

我觉得你说这话就太极端了，IBM这种企业也搞量子计算机他们要论文干什么用？

阿崔

hispeed 发表于 2023-7-13 17:37
不可以的,他的算法是硬的,可以说工具就是算法,是一体的,是死的,只能做一些没有实际用处的概率计算,其实就 ...

发张且去读书卡。BPP⊆BQP这是常识，当然效率就是另一回事了，但是也明显不是没有实际用处的概率计算。 https://book.douban.com/subject/10564082/

拾光摄影

牛逼  

比尔石

看论文的署名，第一作者并不是平时常听到的这些大佬，甚是欣慰，看到国家在这方面的人才累积，给国人，给未来带来希望。

mj_majun

niu b plus

lunchere

hispeed 发表于 2023-7-13 17:37
不可以的,他的算法是硬的,可以说工具就是算法,是一体的,是死的,只能做一些没有实际用处的概率计算,其实就 ...

从机器学习开始概率计算，模糊计算就已经是前沿算法了，并不需要算1+1=几。哪怕概率模型中的lgn + y也可以简化成an + y。就像你一眼认出xx同学，人脑并不是通过数学函数的计算得出结论。 如果目标是带入简单函数求解的话，那还真不需要量子计算机...

jy43

特地数了一下36个作者中34个来自中国科技大学，2个北大。

xintaiyy

看不懂，反正就是牛逼

jamsway

不太了解，感觉很牛逼

p497198327

cnstal 发表于 2023-7-13 11:15
看不懂 有没有大佬科普下。

有没有可能楼主的帖子就是科普了？