Science |第7篇正刊!中科大潘建伟团队造出62比特量子计算原型机

2021-05-09 20:19:18 TOP大学来了

TOP前言

“TOP大学来了”小编按,5月8日,中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志团队在全球顶级科研期刊《Science》杂志发表了题为“Quantum walks on a programmable two-dimensional 62-qubit superconducting processor”的文章,研究团队成功研制了目前国际上超导量子比特数量最多的量子计算原型机“祖冲之号”,操纵的超导量子比特达到62个,并在此基础上实现了可编程的二维量子行走。“TOP数据库”显示,这是中国科学技术大学2021年度的第7篇正刊。文章信息显示,潘建伟、朱晓波为文章通讯作者

“TOP大学来了”小编按,5月8日,中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟团队成功研制62比特量子计算原型机“祖冲之号”,相关成果发布在在全球顶级科研期刊《Science》杂志上。该团队自主研制二维结构超导量子比特芯片的基础上,成功构建了国际上超导量子比特数目最多、包含62个比特的可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”,并在该系统上成功进行了二维可编程量子行走的演示。(点击阅读:中科大VS浙大!2021年Nature/Science正刊谁发的最多?)

根据“TOP大学来了”小编的统计,2021年以来中国科学技术大学第一单位在全球顶级学术期刊《Nature》/《Science》的数量已经达到惊人的7篇,要知道,这才是5月份。2020年中科大以第一单位发表的正刊数量是8篇,其中,潘建伟院士团队在2020年度发表了5篇,水平顶尖。“TOP小编”预估,中科大今年的正刊数量或许不会低于10篇。(点击阅读:发了那么多文章都不是一作?国内高校2020年Nature&Science发文统计)

中科大2021年正刊论文速览(截止5月9日)

“TOP大学来了”小编按,5月8日,中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志团队全球顶级科研期刊《Science》杂志发表了题为Quantum walks on a programmable two-dimensional 62-qubit superconducting processor”的文章研究团队在二维结构的超导量子比特芯片上,观察了单粒子及双粒子激发情形下的量子行走现象,实验研究了二维平面上量子信息传播速度,同时通过调制量子比特连接的拓扑结构的方式构建马赫-曾德尔干涉仪,实现了可编程的双粒子量子行走。

该成果为在超导量子系统上实现量子优越性展示及可解决具有重大实用价值问题的量子计算研究奠定了技术基础。此外,基于“祖冲之号”量子计算原型机的二维可编程量子行走在量子搜索算法、通用量子计算等领域具有潜在应用,将是后续发展的重要方向。

“TOP大学来了”小编按,4月9日,中国科学技术大学潘建伟、陈帅和北京大学刘雄军在全球顶级科研期刊《Science》杂志发表了题为“Realization of an ideal Weyl semimetal band in a quantum gas with 3D spin-orbit coupling的文章,该研究通过对超冷原子进行3D自旋轨道耦合工程实现的IWSM波段的实验。通过平衡状态下的虚拟切片成像技术可以清楚地测量拓扑Weyl点,并在淬灭动力学中进一步解析。IWSM波段的实现为研究固体中难以接近的各种奇异现象开辟了一条途径。“TOP数据库”显示,这是中国科学技术大学2021年度的第6篇正刊潘建伟、陈帅、刘雄军为文章通讯作者。

“TOP大学来了”小编按,3月27日,中国科学技术大学田志刚教授、彭慧教授、孙汭教授教授课团队与法国马赛大学EricVivier教授团队(四人共同通讯作者)合作在全球顶级科研期刊《科学》(Science)杂志发表了题为“Liver type 1 innate lymphoid cells develop locally via an interferon-γ–dependent loop”的文章,该研究发现成年肝脏造血前体细胞向1型天然淋巴细胞(肝脏ILC1,即肝脏定居NK细胞)的分化潜能及调控机制,揭示天然淋巴细胞的骨髓外发育新路径。据“TOP数据库”检索发现,这是中国科大2021年第5篇Nature/Science正刊

“TOP大学来了”小编按,3月5日,中国科学技术大学汪义丰教授课团队与加州大学洛杉矶分校K. N. Houk教授合作在全球顶级科研期刊《科学》(Science)杂志发表了题为“Sequential C–F bond functionalizations of trifluoroacetamides and acetates via spin-center shifts”的文章,汪义丰教授团队利用自旋中心转移(Spin-center shift)机理,从廉价易得的三氟乙酸衍生物出发合成出用途广泛的双氟化物和单氟化物,开发了一种制备含氟有机化合物的新途径。据“TOP数据库”检索发现,这是中国科大2021年第四篇Nature/Science正刊

“TOP大学来了”小编按,2月26日,中国科学技术大学王兴安教授课团队与中国科学院大连化学物理研究所孙志刚研究员和杨学明院士团队合作在全球顶级科研期刊《科学》(Science)杂志发表了题为“Quantum interference between spin-orbit split partial waves in the F + HD → HF + D reaction”的文章,他们发现了化学反应中自旋轨道分波的量子干涉现象,揭示了自旋轨道相互作用影响化学反应的全新动力学模式。据“TOP数据库”检索发现,这是中国科大2021年第3篇Nature/Science正刊。

“TOP大学来了”小编按,2月19日,中国科学技术大学单分子科学团队侯建国、王兵和谭世倞等团队合作在全球顶级科研期刊《科学》(Science)杂志发表了题为“在单化学键精度上确定表面分子体系的结构与化学特异性(Determining structural and chemical heterogeneities of surface species at the single-bond limit)”的文章,研究院对实现了对单分子在电、力、光等外场作用下不同内禀参量响应的精密测量,在单化学键精度上实现了单分子多重特异性的综合表征。据“TOP数据库”检索发现,这是中国科大2021年第2篇Nature/Science正刊。

“TOP大学来了”小编按,1月7日,中国科学技术大学潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作在国际学术期刊《Nature》杂志上发表了题为“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”(An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres)的论文

研究团队在量子保密通信京沪干线与“墨子号”量子卫星成功对接的基础上,构建了世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路和两个星地自由空间高速QKD链路的广域量子通信网络,实现了地面跨度4600公里的星地一体的大范围、多用户量子密钥分发,并进行了长达两年多的稳定性和安全性测试、标准化研究以及政务金融电力等不同领域的应用示范。论文是对上述成果的一个系统性总结,证明了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。我国科研人员通过构建天地一体化广域量子保密通信网络的雏形,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础。

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超车量子计算机!中国破冰62比特量子计算原型机,全球比特数最高

摩尔定律规定:芯片的性能与芯片本身所包含的晶体管数量成正比,在此定律下,芯片厂商都会通过增加晶体管数量来提升芯片性能。科学永无止境,眼下硅芯片规格的有限性,很难满足未来智能设备对大数据传输的要求,摩尔定律也处在失效的边缘。在此背景下,许多国家都将目光放在了可发展性更高的“量子领域”。

我是柏柏说科技,90后科技爱好者。今天带大家了解的是:中国科技大学量子信息与量子科技创新研究院推出的,62比特可编程超导量子计算原型机祖冲之号”。

2021年5月7日,中科大信息研究院在国际学术期刊《科学》上,公布了自己在量子计算机领域中的新突破。即62比特可编程超导量子计算机研制成功,且在既有超导量子计算机的基础上实现了可编程的二维量子行走。简单科普一下量子计算机是什么。

量子计算机是负责数据处理、信息传输的可见物质载体。与传统的硅基芯片计算机不同,量子计算机在数据处理上采用的是量子算法,是通过量子力学规律来实现数学与逻辑运算。由于摆脱了传统硅基芯片的限制,对比传统的“硅”计算机,量子计算机在运算效率,大数据处理能力中远胜于传统的计算机。

虽说我们在传统的硅基半导体领域中,技术比较落后,但在量子领域中,我们国家一直处在世界前沿水平。在潘建伟、朱晓波、彭承志等中国科学家们的长期努力下,我们在量子计算领域中接连破冰。

2019年,中科大团队成功打破业界创造的10个超导量子比特纠缠的记录,实现了12个量子比特纠缠设备的突破,且在一维链结构12比特超导量子芯片的加持下,数据信息保真度高达70%

此外,中科大在量子领域中开创性地将“超导量子比特”应用到“量子行走”的研究中。该突破在给我国发展多体模拟、量子通道奠定基础的同时,也给世界量子领域带来了借鉴和经验。

随后,中科大团队一鼓作气,将芯片结构从一维延伸到准二维。在固态量子计算系统中,成功打破20比特高精度量子技术的瓶颈,研制出具有24个比特的高精度超导量子处理器。

到了2021年,中科大团队不断突破自我,在自研二维结构超导量子比特处理器的基础上,成功演示了二维可编程量子的行走。据悉,中国科技大学信息研究院推出的62比特超算“祖冲之号”,是当前比特数最高的量子计算机。换句话说:“祖冲之号”在目前的量子计算机领域中,位于世界前沿水准,甚至领先。

在美国高强度打压我国半导体发展的背景下,中科大团队成功研制出62比特可编程超导量子计算原型机,进一步证明了未来量子设备代替硅晶半导体设备的可行性。为了解决芯片卡脖子的问题,目前我们正在积极探索替代传统硅基芯片的其他方法。

例如西湖大学的冰刻机、中科院的石墨烯碳基芯片、武汉弘芯、本文所讲的量子计算机和量子处理器。简单科普一下量子芯片,不同于传统的硅基芯片,量子芯片是将量子线路集中在基片上,采用量子集成的芯片,在信息处理能力与数据传输效率方面,都远胜于传统的晶体管集成硅片。因此量子处理器对于芯片制程代工的门槛难度也会降低很多。

看到这里,可能有些朋友会好奇,我们的量子技术这么高,光刻机还重要吗?量子计算机这么厉害,为什么现实生活中见不到量子计算机的身影呢?答:光刻机依旧很重要。至于现实生活中见不到量子计算机的原因,成本和技术决定了目前量子计算机与我们的个人生活无缘。

虽说我们在量子领域中的造诣很高,但目前的半导体市场,硅基芯片才是主流趋势。而且至少在未来的10年、20年里,硅基半导体仍会占据主导地位。这是因为与石墨烯、量子芯片相比,硅基芯片已经有了很长时间的历史,技术十分成熟。另一方面则需要考虑到研发资金与上市成本。

当然,在未来,量子半导体、石墨烯碳基芯片亦或是其它新型材料终究会代替传统的硅基半导体。至于什么时候替代,将由时间说了算。目前我们在光刻机领域中获得了很多突破,芯片自主化制程已经达到了28纳米的水准。滴水穿石,只要坚持下去,美国针对我国半导体发展设立的壁垒,终究会被我们逐个突破。

对于中国科技大学打破技术瓶颈推出的“62比特可编程超导量子计算原型机”,大伙有什么想说的呢?你认为我们能否依仗量子学,在半导体领域实现“变道超车”呢?欢迎在下方留言评论。我是柏柏说科技,90后科技爱好者。关注我,带你了解更多资讯,学习更多知识。

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(责任编辑:曹逸群_NB19194)

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