据7月13日消息，中国研究人员成功制备并验证了51个超导量子位簇态，打破了任何量子系统中真正纠缠位数量的世界纪录，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的发展历史。 （来源：官方团队）该研究由中国科学技术大学潘建伟院士、朱晓波、彭承志院士和北京大学袁晓等研究员团队完成。相关研究成果于7月12日发表在《自然》杂志上（附doi:10.1038/s41586-023-06195-1）。
大规模真纠缠态的制备需要高连通性的量子系统、高保真度的多比特量子门以及高效准确的量子态保真度表征方法。这些对于量子系统性能、控制能力、验证方法的要求都很难达到。真正纠缠位的规模此前未能超过24 个量子位。
事实上，之前已经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。
对于两个纠缠粒子，改变一个粒子的属性也会改变另一个粒子的相同属性。粒子越多，不仅每对粒子可以纠缠，所有粒子都可以相互纠缠。
研究人员在20 世纪80 年代末研究了如何以这种更复杂的方式纠缠三到四个光子，此前已经实现了27 量子位的量子计算机。
来源：Pixabay 中国研究人员在前期搭建的“祖冲二号”超导量子计算样机的基础上，进一步将并行多位量子门保真度提升至99.05%，读取精度提升至95.09%。研究团队提出的大规模量子态保真度验证与判定方案成功实现了51位簇态的制备与验证。
研究人员利用我国超导量子计算原型机，成功实现了连续51个量子位和二维平面30个量子位的纠缠，均创下了记录。
“族冲二号”完成的51位一维簇态制备的电路和量子态保真度结果。
苏黎世联邦理工学院的内森·拉克鲁瓦(Nathan Lacroix) 表示：“这一成功是设备仔细校准和深思熟虑的设计选择的结果。” “这说明了祖冲之电脑的强大。”他指出，其他研究人员此前也创建了多达57 个量子位的类似系统，但无法验证每个量子位是否与其他量子位纠缠在一起。
澳大利亚新南威尔士大学的查尔斯·希尔（Charles Hill）表示：“纠缠是经典计算机和量子计算机之间的主要区别之一，也是量子算法的关键要素。因此，展示大量纠缠量子位是量子计算机的重要基准。” 。 Hill 和他的同事尝试使用65 个量子位设备实现类似的壮举，但只能证明量子位是成对纠缠的，而不是作为一个整体。
“我们必须开发一种新的方法来观察纠缠，”朱晓波说。这涉及巧妙地选择最小的测量集来收集足够的信息来描述量子位正在做什么，而无需花费太多时间或计算资源。
荷兰代尔夫特理工大学的克里斯蒂安·安德森表示，虽然目前还不清楚如何使用51个纠缠量子位进行计算，但研究人员已经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。 “这项工作可以激励其他研究人员了解我们实际上可以用超导量子位做什么，”他说。
“这项工作大幅刷新了量子系统中真正纠缠比特数的记录，从原来的24个增加到51个，充分展示了超导量子计算系统出色的可扩展性。”潘建伟表示，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解决方案的实际应用奠定了基础。
