量子計算是下一代信息技術的關鍵，也是當前物理學前沿研究的重大科學問題。實現(xiàn)量子計算的方案有多種，其中超導量子計算由于其長相干時間、良好的擴展性以及精確的操控測量等特性，是目前最具前途的通用量子計算機實現(xiàn)方案之一。谷歌、IBM、英特爾等國際高科技公司都對此進行了大量研發(fā)，最近這些公司已經(jīng)宣稱制備出包括數(shù)十個物理比特的超導量子芯片，正在進行測試。
在國家重點研發(fā)計劃量子調控與量子信息重點專項的資助下，物理所鄭東寧、呂力課題組與浙江大學及中科大等單位合作，先后制備出長退相干時間的5量子比特、6量子比特、9量子比特和10量子比特（如圖）的Xmon型多比特樣品。在研制出性能良好的多比特超導量子芯片的基礎上，課題組與國內外同行合作，分別在超導量子計算與量子模擬合作研究方面取得了系列成果：
1）利用6比特超導器件中的4個量子比特，演示了求解線性方程組的HHL量子算法。該算法被證明有望應用于人工智能和大數(shù)據(jù)分析領域，因此有重要的應用前景。該量子算法已經(jīng)在光子和核磁共振系統(tǒng)中演示過，但該項合作研究是首次在一個具有可擴展性的固態(tài)系統(tǒng)中的演示。文章發(fā)表在Phys. Rev. Lett.上，并被選為編輯推薦文章。
2）利用10比特超導器件首次實現(xiàn)了10量子比特GHZ全局糾纏，創(chuàng)造了超導量子比特全局糾纏量子比特數(shù)世界紀錄，糾纏保真度達到約66.8%，合作研究文章發(fā)表在Phys. Rev. Lett., 并被選為編輯推薦文章。
3）量子計算的執(zhí)行需要進行系列量子邏輯門的操作，受控非門和多重受控非門是一種基本的兩量子比特和多量子比特邏輯門，具有產(chǎn)生量子糾纏的能力，其實現(xiàn)需要在實驗上進行精確的操控。合作研究基于幾何相方案，演示了多重的邏輯受控非門高保真度實現(xiàn)，為通用量子計算的實現(xiàn)打下堅實基礎，文章發(fā)表在Nature Commun.上。
圖：5量子比特（左）、6量子比特（中）、10量子比特（右）超導器件
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