記者近日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士團隊近期成功研制了目前國際上超導量子比特數(shù)量最多的量子計算原型機“祖沖之號”，操縱的超導量子比特達到62個，并在此基礎上實現(xiàn)了可編程的二維量子行走。日前，國際權威學術期刊《科學》發(fā)表了該研究成果。

當前，量子計算機作為世界科技前沿重大挑戰(zhàn)之一，已成為各國角逐的焦點。量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，可望通過特定算法在密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、天氣預報、材料設計、藥物分析等領域，提供相比傳統(tǒng)計算機指數(shù)級別的加速。

國際學術界研究量子計算有多條技術路線，超導量子計算是其中最有希望的候選者之一，其核心研究目標是增加“可操縱”的量子比特數(shù)量，并提升操縱的精度，最終應用于實際問題。

潘建偉、朱曉波、彭承志等長期瞄準超導量子計算的上述核心目標，取得了一系列重要進展。2019年年初，在一維鏈結(jié)構12比特超導量子芯片上實現(xiàn)了12個量子比特糾纏“簇態(tài)”的制備，保真度達到70%，打破了之前創(chuàng)造的10個超導量子比特糾纏的紀錄。同時，該團隊開創(chuàng)性地將超導量子比特應用到量子行走的研究中,為未來多體物理現(xiàn)象的模擬以及利用量子行走進行通用量子計算的研究奠定了基礎。隨后，團隊將芯片結(jié)構從一維擴展到準二維，制備出包含24個比特的高性能超導量子處理器，并首次在固態(tài)量子計算系統(tǒng)中，實現(xiàn)了超過20比特的高精度量子相干調(diào)控。

近期，該團隊在自主研制二維結(jié)構超導量子比特芯片的基礎上，成功構建了國際上超導量子比特數(shù)目最多、包含62個比特的可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”，并在該系統(tǒng)上成功進行了二維可編程量子行走的演示。據(jù)悉，這是目前公開報道的世界上最大量子比特數(shù)的超導量子體系。該研究團隊在二維結(jié)構的超導量子比特芯片上，觀察了單粒子及雙粒子激發(fā)情形下的量子行走現(xiàn)象，實驗研究了二維平面上量子信息傳播速度，同時通過調(diào)制量子比特連接的拓撲結(jié)構的方式構建馬赫-曾德爾干涉儀，實現(xiàn)了可編程的雙粒子量子行走。

據(jù)悉，該成果為在超導量子系統(tǒng)上實現(xiàn)量子優(yōu)越性，以及后續(xù)研究具有重大實用價值的量子計算奠定了技術基礎。此外，基于“祖沖之號”量子計算原型機的二維可編程量子行走，在量子搜索算法、通用量子計算等領域具有潛在應用，也將是后續(xù)重要的發(fā)展方向。