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长寿命超导量子比特芯片突破500微秒大关,专家解读

09-25 新京报
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新京报快讯(记者 张璐)2021中关村(000931,股吧)论坛全体会议9月25日举行,五项重大创新成果发布。其中,北京量子信息科学研究院发布的长寿命超导量子比特芯片突破500微秒大关。

在量子物理领域,保持好的量子相干性至关重要,它决定着量子门操控的保真度、量子电路的深度等一系列量子计算机核心性能问题,延长量子比特的相干时间一直是各国技术竞赛的焦点,在过去二十多年量子比特的相干时间增长了近5个数量级。

北京量子信息科学研究院超导量子计算团队发布了长寿命超导量子比特芯片,创造了新的世界纪录。该团队对超导量子比特性能进行深入探索,不断优化材料生长和微加工制备工艺,于2021年5月初,成功使量子比特相干时间达到503微秒,打破了2020年3月由美国普林斯顿大学研究组保持的360微秒的世界纪录。该研究成果有望观测到原来无法观测到的量子过程或现象,为超导量子计算走向实用化打下了坚实的器件基础。

相干时间延长了143微秒意味着什么?新京报记者对北京量子信息科学研究院超导量子计算团队相关负责人进行采访。

专家解读:我国在超导量子芯片质量方面走到世界最前列

新京报:量子相干性是什么?为何要延长量子比特的相干时间?“”长寿命”就是指相干时间长吗?

相关负责人:量子相干性指量子态在与环境相互作用的情况下,可以保持叠加和纠缠这类区别于经典的特征的性质,延长相干时间就是延长量子资源可以利用的时间,超出相干时间之后量子比特就和经典比特没什么区别了。

做量子计算时,量子电路作用的时间必须远短于相干时间才能得到可靠的结果,所以相干时间越长,就可以做更深的量子电路,才有希望实现有用的算法。这次的“长寿命”指的是比特能量驰豫的时间,相干时间的上限是它的两倍,所以也可以认为是相干时间的另一种表示方式,量子线路作用的时间同样要远小于这个能量驰豫时间。

新京报:此次研究的难点在于什么?团队优化材料生长具体指什么?

相关负责人:此次研究的难点包括高质量薄膜的生长,刻蚀边界的优化,表面和界面的处理,以及测量线路噪声的抑制等方面。得益于薛其坤院士团队多年的超高质量薄膜生长经验,本次优化材料生长具体是指更高纯度、更高平整度以及更纯净物相薄膜的生长,我们得到了近乎“零缺陷”的超导薄膜。

新京报:相较于去年美国的纪录,团队使相干时间延长了143微秒,这143微秒可能产生哪些影响?

相关负责人:量子比特的相干时间越长越好,它为更高保真度和更多量子门的实现提供保障。它是量子计算研究的一个关键指标,也是一个国际竞争点,143微秒相干时间的延长,代表着我国在超导量子芯片质量方面走到了世界最前列。

新京报:最终这个时间达到多久效果最好?

相关负责人:最终这个时间多久是一个相对的值,和量子门的操作速度有关。目前,两比特量子门的操作时间已经小于50纳秒,500微秒的寿命意味着在相干时间内可以进行一万次以上的门操作,从某种意义上讲,这个时间已经能够满足一些量子纠错方案或者实用级别量子算法的实现。这也补足了超导量子计算在相干时间方面不足的一块短板,下一步,我们将继续前行,将这些技术推广到包含更多量子比特的芯片中去。

新京报记者 张璐

编辑 展圣洁 校对 吴兴发

(责任编辑:王治强)
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