來源：科技日報

◎ 科技日報記者 陸成寬

精準操控量子比特數目新紀錄誕生。近日，來自中國科學技術大學等單位的研究人員成功實現51個超導量子比特簇態制備和驗證，刷新了所有量子系統中真糾纏比特數目的世界紀錄，并首次演示了基于測量的變分量子算法。相關研究成果7月12日在線發表于《自然》雜志。

超導量子計算被普遍認為是最有可能率先實現實用化量子計算的方案之一，因而備受關注。作為量子計算的基本單元——量子比特不同于非“0”即“1”的經典比特，它可以“同時”處于“0”和“1”疊加態，即所謂“量子相干疊加態”。當人們把量子疊加拓展到多量子比特體系，就自然導致了量子糾纏的概念。多個量子比特一旦實現了相干疊加，其代表的狀態空間將會隨著量子比特的數目增多而呈指數增長。這被認為是量子計算加速效應的根源所在。

多年以來，實現大規模的多量子比特糾纏一直是各國科學家奮力追求的目標。我國科學家在超導量子比特多體糾纏制備方面取得了一系列重要成果，自2017年起，先后完成了10比特、12比特、18比特的真糾纏態制備，不斷刷新超導量子計算領域的糾纏比特數目紀錄。

“然而，更大規模的真糾纏態制備要求高連通性的量子系統、高保真的多比特量子門以及高效準確的量子態保真度表征手段。”中科院院士潘建偉說，由于難以實現對量子系統性能、操控能力以及驗證手段的這些要求，此前真糾纏比特的規模未能突破24個量子比特。

研究團隊在前期構建的“祖沖之二號”超導量子計算原型機的基礎上，進一步將并行多比特量子門的保真度提高到99.05%、讀取精度提高到95.09%，并結合研究團隊所提出的大規模量子態保真度驗證判定方案，成功實現了51比特簇態制備和驗證。在此基礎上，研究團隊通過結合基于測量的變分量子本征求解器，開展了對于小規模的擾動平面碼的本征能量的求解，首次實現了基于測量的變分量子算法，為基于測量的量子計算方案走向實用奠定了基礎。

潘建偉表示，這項研究將量子系統中真糾纏比特數目的紀錄由原先的24個大幅突破至51個，充分展示了超導量子計算體系優異的可擴展性，對于研究多體量子糾纏、實現大規模量子算法以及基于測量的量子計算等具有重要意義。