对标谷歌！中国「量子之父」潘建伟实现量子计算优越性

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  新智元报道  

来源：zhihu

编辑：yaxin, Priscilla

近日，中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队在量子领域取得了最新成果。

在发表的论文 Strong quantum computational advantage using a superconducting quantum processor 中，中科大团队在「祖冲之号」量子计算原型机上展示了量子计算优越性。

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

目前该论文是arXiv预印本，还未正式发表。

2019年，谷歌首次使用53量子比特的量子处理器展示了量子优越性。

不同于之前的「九章」光量子平台计算机，最新可编程超导量子系统对标2019年下半年谷歌第一次实现量子优越性的工作。

那么，此次在超导体系上实现的量子优越性与谷歌实现的有何不同？

为了表征整个系统的性能，团队运行了随机量子线路采样的基准测试，测试系统规模最高可达56量子比特和20个周期。

56量子比特随机量子线路采样

据团队估计，这项任务的经典模拟的计算成本，要比当年谷歌 Sycamore 处理器 53 个 qubit 强 2-3 个数量级的量子优越性。

「祖冲之号」将现存功能最强大的超级计算机需 8 年完成的任务样本压缩至最短 1.2 小时完成，从而证明了量子计算的巨大优越性。

「祖冲之号」器件示意图

当年谷歌证明的是，对一个53量子比特20个cycle的电路采样一百万次，量子计算机需要200秒的时间，用目前人类最强的经典的超级计算机则需要一万年的时间。

另外，两个芯片在对这些量子比特进行操作和读取时发生错误的概率相比如何？

通过数据的比较，可以看出两者的性能较为接近，代表着国际领先水平。

基于以上，中科大研究团队此次的工作，展现了一个明确的量子计算优势，这是经典计算在合理时间范围内无法完成的。

结果显示，「祖冲之号」实现了平均99.86%的高保真度单量子比特门，和平均99.41%的双量子比特门，以及平均95.48%的读出。同时，对多个量子比特进行同步门操作。

同样在一个月前，潘建伟团队在science上发表了一篇成功研制了62比特可编程超导量子计算原型机「祖冲之号」，并在此基础上实现了可编程的二维量子行走。

量子行走（Quantum walk，QW）是经典随机行走在量子力学中的拓展，区别于经典随机行走，由于量子具有叠加态的特性，粒子在格点中行走的特性需要用量子力学的波函数统计规律来诠释。

量子行走本身可以模拟多体物理体系的量子行为，理论上最终可用于通用量子计算。

该论文使用一个8*8的二维超导量子比特方格，其中包含62个功能量子比特，以显示多个（两个）量子行走如何穿越二维量子比特阵列，并在过程中进行干扰。

超导量子处理器的布局与结构

作者还能够对量子所遵循的路径进行编程，展示了一个马赫－曾德尔（MZ）干涉仪，其中单个或多个量子行走者在干涉和退出一个端口之前连贯地穿越两条路径。

结果展示了基于超导的量子处理器在模拟大规模量子系统方面的潜力。

「红专并进，理实交融」是中科大的校训，潘建伟等人的研究团队近日发表的文章，展示了我国目前在量子计算领域的最新成果，同时也是一份献给党百年华诞的贺礼。

在国际纷争的大环境下，希望我国有更多不同领域的科研团队，继续埋头苦干，在更多领域取得重大新进展。

参考资料：

http://www.zhihu.com/question/468741820

https://www.zhihu.com/question/468741820/answer/1971268726

http://www.360doc.com/showweb/0/0/984615640.aspx

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