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潘建伟团队成功研制 62 比特可编程超导量子计算原型机「祖冲之号」,实现了哪些突破?有怎样的潜在应用?

匿名用户的回答

常年匿名答主,我先针对一些观点打几个预防针:

  1. 这是量子模拟而非量子计算(模拟Bose-Hubbard模型下的量子随机行走没有意义)?

答:通用量子计算机,在中等规模含噪量子(NISQ)的时期,首要的应用就是进行可以调控的量子模拟问题。而超导系统最自然的对应就是Bose-Hubbard Model。该工作使用62qubit的超导量子芯片通过analog simulation实现了这个模型的模拟[1]。今年在March Meeting上google也有个报告是通过digital simulation做了Fermi-Hubbard Model的模拟[2]。能够实现这种大规模的模拟,本身就是意义非凡的 。实际上,这个工作在几个月前挂arxiv的时候,就收到了业内的关注和认可。如果你使用个人计算机跑过10qubit的主方程模拟,你应该知道大约要花费你两天时间,不行的是这个消耗的时间是指数增加的。

有些人说法简直荒谬到家了,“没能操作单粒子”,在这个实验过程中一定会做 -Pulse和Ramsey实验,这些都是对单比特的驱动控制,因为要测 T_1 , T^*_2 和读取保真度。至于证实纠缠态和叠加态,这在多体量子现象中比比皆是。

2. 技术的先进性是否足够?

答:从生产工艺上讲,能够成品一个可控制的62qubit芯片的难度是很大的。超导比特的做法是在蓝宝石衬底上,先长铝薄膜,再反复利用光刻蚀来制造的。中间还要经过氧化过程(制备Al2O3绝缘体),稍有不慎,某个超导比特就废掉了,这个整个芯片就无法很好利用了,能做到62个比特,可以说他们克服了巨大的困难。尤其是本实验中使用了3D wiring的技术,这无疑是领先于谷歌悬铃木(Sycamore)芯片的。

从质量上来说,首先实验数据反映了芯片的优良性质,并且可以被很好的控制。和谷歌的实验动辄需要后选择/Error mitigation不同,我注意到在补充材料有一行红字:We note that no post-selection is used to any other results in the main text and the Supplementary Materials except for this figure. 明白的都明白这意味着什么。因此这个工作的精确性也是值得称赞的。

需要指出的是这个方案中采用的是 lambda/4 谐振腔耦合超导比特,这实际上和主流期望不太符合,为了实现更为精确的量子控制,目前主流方案是采用可调耦合器进行耦合。这可能会是该工作的一个短板。

3. 这个工作里面没有做量子门?

答:Analog Quantum Simulation本身不需要做门。我相信这个芯片当然是可以做门的(只不过不是可调耦合方式)。另外,在这个庞大的系统上标定量子门也是极端困难的,由于固有的crosstalk(串扰),在相互作用都打开情况下,进行simultaneous(并行的)标定是非常困难的,做门仍需要时间,但没有任何原则性的困难。在这个系统上唯一的困难目前看起来是 T^*_2 (由Ramsey实验确定的横向弛豫时间,即退相位时间)还是比较小的,这个工作中 T^*_2 approx 2 ~ mu s 。但是这也是没有办法的,在多个qubit情况下,transmon目前在这个方向上,没有重大突破。按照量子比特门时间 40~ns 来算,最多能做 50 层量子电路,而实践起来往往更短。

老拿这个说事的人,首先得问问他,你知道如何在量子计算机上做量子门吗?

量子计算机,在其早期的应用将会主要集中在凝聚态系统的量子模拟和量子化学领域的量子模拟,比如新材料的预言和模拟。这个很难粗略的讲,如果谁告诉近期就可以做解密/量子金融,不是初创公司的老板就是诈骗犯。

不要抱着二极管心态看科学。要尊敬在科学事业上不断推动前行的人们。不要人云亦云,不要踩高捧低,不要神化也不要污名化,不要看了几篇科普就做“嘴强王者”。也不要幻想今天或者明天量子计算机就解决非常实际的问题了。就像你不能苛求在ENIAC打魔兽世界一样(这个比喻我用过很多次了)。作为平常人恐怕能做的是以平和而发展进步的眼光去看东西,去推进科学进步事业发展。

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