中國(guó)量子計(jì)算原型機(jī)九章問(wèn)世 2021年量子計(jì)算機(jī)行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研

• 2020年12月4日 ZhouXun來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)綜合 248 8
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12月3日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等組成的研究團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了 76 個(gè)光子 100 個(gè)模式的量子計(jì)算原型機(jī) “九章”，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用前景的 “高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。

中國(guó)量子計(jì)算原型機(jī)九章問(wèn)世

12月3日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等組成的研究團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了 76 個(gè)光子 100 個(gè)模式的量子計(jì)算原型機(jī) “九章”，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用前景的 “高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。

據(jù)介紹，近期，潘建偉團(tuán)隊(duì)通過(guò)自主研制同時(shí)具備高效率、高全同性、極高亮度和大規(guī)模擴(kuò)展能力的量子光源，同時(shí)滿足相位穩(wěn)定、全連通隨機(jī)矩陣、波包重合度優(yōu)于 99.5%、通過(guò)率優(yōu)于 98% 的 100 模式干涉線路，相對(duì)光程 10-9 以內(nèi)的鎖相精度，高效率 100 通道超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器，成功構(gòu)建了 76 個(gè)光子 100 個(gè)模式的高斯玻色取樣量子計(jì)算原型機(jī) “九章”。

根據(jù)目前最優(yōu)的經(jīng)典算法，“九章”對(duì)于處理高斯玻色取樣的速度比目前世界排名第一的超級(jí)計(jì)算機(jī) “富岳”快一百萬(wàn)億倍，等效地比谷歌去年發(fā)布的 53 比特量子計(jì)算原型機(jī) “懸鈴木”快一百億倍。

根據(jù)中研普華研究院《2018-2023年中國(guó)量子計(jì)算機(jī)行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研與投資風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示：

一、超導(dǎo)量子比特介紹

超導(dǎo)量子比特是以量子力學(xué)為理論基礎(chǔ)，約瑟夫森結(jié)(Josephson junction)為基本載體的量子兩能級(jí)系統(tǒng)。超導(dǎo)量子比特具有可與傳統(tǒng)的微電子加工技術(shù)兼容、可控性、低損耗以及可擴(kuò)展性等方面的優(yōu)勢(shì)，所以這是一種很有前景的實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的方案之一。對(duì)比經(jīng)典比特之間的邏輯運(yùn)算和計(jì)算處理，我們根據(jù)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的物理載體必須具備第三個(gè)條件可知，要實(shí)現(xiàn)可控的量子比特之間的相干性以及退相干時(shí)間，這些都是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)必要條件。

注：實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的物理載體必須具備的條件：

(1)該量子系統(tǒng)是一個(gè)能很好定義的量子系統(tǒng)，量子比特必須是一個(gè)具有兩態(tài)的量子系統(tǒng)，例如量子點(diǎn)、離子講和超導(dǎo)量子比特;

(2)能精確的初始化到某一個(gè)己知的狀態(tài)上，如基態(tài)、激發(fā)態(tài);

(3)需要在量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間要有長(zhǎng)的退相干時(shí)間，以保證量子計(jì)算機(jī)的操作;

(4)能夠控制量子比特之間的耦合;

(5)能夠正確地測(cè)量到量子比特的所處狀態(tài)。

二、超導(dǎo)量子比特和腔的耦合

在2004年Blais將腔量子電動(dòng)力學(xué)(Cavity quantum electrodynamics，Cavity QED)應(yīng)用到超導(dǎo)電路中，提出了電路量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，隨后傳輸子量子比特與三維腔耦合體系也應(yīng)運(yùn)而生。

Cavity QED通過(guò)高品質(zhì)因數(shù)Q的諧振腔來(lái)研究原子和腔內(nèi)光子之間的相互作用。外部噪聲能夠影響二能級(jí)系統(tǒng)的退相干以及影響原子和光子的相互作用過(guò)程，在表征量子比持參數(shù)過(guò)程中，可以通過(guò)高品質(zhì)因數(shù)的諧振器隔離外部的電磁噪聲并提髙原子的量子相干性。又因?yàn)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的原子由激發(fā)態(tài)退化到基態(tài)時(shí)恰好能夠釋放一個(gè)光子，所以能夠很好的研究光子的量子特性等。

腔量子電動(dòng)力學(xué)電路為固態(tài)量子計(jì)算提供了新的方式，并為研究超導(dǎo)量子比特和量子態(tài)測(cè)量提供了新的途徑。腔量子電動(dòng)力學(xué)的結(jié)構(gòu)可以有效的隔離量子比特與外界的電磁環(huán)境極大地降低了外界電磁干擾，并且可以利用腔實(shí)現(xiàn)多量子比特耦合。諧振腔與量子比特耦合形成二能級(jí)系統(tǒng)。

圖表：腔QED耦合示意

資料來(lái)源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院

兩能級(jí)原子與諧振腔發(fā)生相干作用，其耦合強(qiáng)度為g，K為光子的衰減速率，γ是原子的衰減速率，1/Ttransit則是描述原子離開(kāi)腔的頻率。為了達(dá)到強(qiáng)耦合條件，使得g>k，γ，1/Ttransit。

那么，未來(lái)量子計(jì)算機(jī)行業(yè)將如何發(fā)展?請(qǐng)關(guān)注中研普華研究院報(bào)告《2018-2023年中國(guó)量子計(jì)算機(jī)行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研與投資風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)報(bào)告》。

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