科普中国

正超导量子芯片诞生,计算时间从1万年缩至200秒10月24日,《自然》杂志刊发了谷歌公司的一篇论文。在该论文中谷歌表示,其开发出一款54量子比特数(其中53个量子比特可用)的超导量子芯片"Sycamore"。基于Sycamore,谷歌对一个53比特、20深度的电路采样一百万次只需200秒。而目前最强的经典超级计算机Summit要得到类似的结果,则需要一万年。基于这一突破,谷歌宣称其率先实现     

中国科学家成功构建量子计算原型机“九章”

正从中国科学技术大学获悉,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,构建了76个光子的量子计算原型机"九章",实现了具有实用前景的"高斯玻色取样"任务的快速求解。根据现有理论,该量子计算系统处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍。等效地,其速度比2019年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机"悬铃木"快一百亿倍。     

中国科学家实现“量子优越性”

正2020年12月4日,中国科学技术大学潘建伟团队在Science刊发论文,宣布其团队开发的量子计算机"九章"的计算速度比目前世界上最快的超级计算机快100万亿倍,是2019年由美国谷歌(Google)公司发布的量子计算机"悬铃木"(Sycamore)速度的100亿倍。这是对"量子优越性"的第二次证明,被认为是该领域的新里程碑。     

超导非绝热几何量子计算及其优化控制

为实现量子门的高保真度和强鲁棒性,提出基于超导量子电路体系的非绝热几何量子计算方案.仅通过对超导比特施加含时共振微波驱动的方式,可以在超导比特上实现任意的单比特几何量子门.同时,在2个电容耦合的超导比特体系中,非平庸的2比特几何量子门也可以类似地实现.结果表明:提出的非绝热几何量子计算方案不仅对几何量子操作具有较好的鲁棒性,还可以与优化控制技术兼容,进一步增强量子门的鲁棒性.该方案的提出使容错固态量子计算的研究与发展向前迈出了重要的一步.     

可控电磁场下量子相干动力学和量子信息流动

针对可控电磁场作用下超导量子比特系统中的量子纠缠和量子相干性的动力学性质进行了探讨,所研究的系统是由两个非相互作用的超导比特与独自的数据总线构成的,同时每个超导比特都受到可控的电磁场的驱动。研究发现可控电磁场能够增加两超导量子比特之间的量子纠缠和量子相干性,特别,增加的幅度会随着可控电磁场作用强度的加大而提高。另外,利用迹距离的方法,探索了可控电磁场对于系统中量子信息流动的影响,发现可控电磁场可以抑制超导量子比特与数据总线之间的相互作用,减缓超导量子比特子系统与其它子系统之间的信息交换,阻碍量子信息在不同子系统中的额流动,并保护超导量子比特子系统初始拥有的量子特性。     

超导电荷量子比特研究综述

随着量子计算机以及量子算法的提出，人们开始寻找可以实现量子计算机的真实物理体系。超导量子电路以其丰富的可设计性和优良的易集成性成为最有潜力实现量子计算机的人造量子体系。文章介绍了超导电荷量子比特的基本原理、超导电荷量子比特的耦合以及耗散和退相干问题，展望了超导电荷量子比特在量子计算和量子信息科学中的应用前景。     

利用超导磁通量子比特对单电子自旋进行单点读出（英文）

提出了一种基于量子非破坏性测量协议利用超导磁通量子比特对单电子自旋进行单点读出的方案.在该协议中,超导磁通量子比特与电子自旋相互作用一段时间,然后通过对其测量来间接得到电子的信息.由于该测量对电子自旋的态是非破坏性的,因此可以利用该超导磁通量子比特对电子自旋进行反复的读出,从而达到一个较高的读出精度.     

二项式光场与负二项式光场对超导量子比特读出电流的影响

研究了二项式态光场和负二项式态光场与耦合超导量子比特相互作用下的超导电流的时间演化规律.研究结果显示:在确定的二项式态或负二项式态光场中,耦合超导量子比特的初始量子态对穿过自身的超导电流的动力学行为几乎没有影响;但光场的量子态,尤其是光场参数对超导电流的动力学行为具有调控作用.因此,通过测量超导量子比特的输出电流,能够探测量子光场的统计性质.     

利用超导量子干涉仪制备N比特团簇态（英文）

利用两个超导量子干涉仪与腔场的相互作用,提出一种实现标准两比特量子相位门的方案。利用构造的两比特相位门,还提出了一种制备N比特团簇态的方案。在此方案中,量子信息被编码在两个超导量子干涉仪的相对稳定的基态上。在两个超导量子干涉仪与单模腔场的相互作用过程中,由于超导量子干涉比特的激发态被绝热地消去,激发态所引起的消相干得到了有效的抑制。此外,还讨论方案的实验可行性。     

控制开放超导量子电路系统中的几何量子关联冻结和量子相干性

本文研究了开放超导量子电路系统中,含时电磁场对两超导量子比特间的几何量子关联和量子相干性的影响. 我们发现,加入磁场之后,几何量子关联被冻结的现象会出现,并且冻结的时间会随着含时电磁场的加入而得到延长. 利用迹距离的方法,我们探讨了含时电磁场对超导量子比特与环境之间量子信息流动的影响,我们发现含时电磁场可以抑制环境的影响,降低超导量子比特与环境之间的量子信息流动.     

超导量子比特的物理实现

量子信息和量子计算有可能给人类带来新的革命性发展．超导量子比特作为实现量子计算的方案之一,以其低耗散,大设计加工自由度,易规模化等优点而备受注目．文中对超导量子比特的基本原理及发展前景作了简要综述,并介绍了作者的研究进展．     

利用超导量子电路中的宏观量子相干性测量弱磁场

超导量子电路可以被等效地看作人造原子,其内部能级结构随外磁场而变化.这里根据这些超导量子电路中的宏观量子相干性,设计了一种新型的磁强计.这种磁强计不仅体积小,而且具有低耗散和高灵敏度的优点.正因为此,它在读取诸如超导磁通量子比特等量子纳米设备方面,具有很大的应用前景.     

自对准法制备Nb/AlO_x/Nb超导Josephson结及其直流特性测试

超导量子比特系统是实现大规模量子计算的可行方案之一。该文采用集成电路平面工艺制备了基于Nb/AlOx/Nb 3层膜结构的超导Josephson结,为制备性能可靠的超导量子比特提供了一定基础。工艺中采用了自对准技术形成结区,从而有效地保护器件结构并降低了工艺复杂度。搭建了超导Josephson结直流特性低温测试系统,并对制备的Josephson结进行了直流特性测试,得到Josephson结在不同温度下的伏安特性,并观察到铌(Nb)的超导能隙电压2.85mV的跳变。同时,测量得到Josephson结临界电流随温度变化的关系,与Ambegaokar和Baratoff的理论结果相符合。     

信息

<正>超导量子计算机有了首个光电开关量子比特是未来量子计算机的基本构建单位,主要用来存储量子信息。量子数据传输总线(量子客车)使得量子比特可以一个一个连接起来,从而实现信息传递。量子总线由空腔(cavity)组成,其可让单个微波光量子伪装成标准波,还能在短时间内储存量子位。某量子位中的信息被编码后,在转移到另一量子位前可在空腔中储存10纳秒。最近美国国家标准技术研究院(NIST)的科学家首次为由量子比特和量子传输总     

含互感耦合的超导磁通量子比特消相干的研究

在Born—Markov近似下，根据Bloch—Redfield方程，给出了一种计算超导量子比特能量弛豫时T1与消相干时间T2的方法。在此基础上，研究了一个含互感耦合的超导磁通量子比特的消相干现象，并给出了该超导量子比特能量弛豫时间Ｔ1与消相干时间Ｔ2。结果表明：对于研究的磁通量子比特，在其他条件不变时且环境热库等效为一个纯电阻时，则去相位时间Tφ，由高能级｜j〉向低能级｜i〉的能量弛豫时间T1和量子系统的消相干时间疋都与耗散成正比。     

腔中利用人工原子实现多量子比特相位门

在量子信息研究中,多量子比特相位门具有非常重要的意义。本文介绍了实现多量子比特相位门的两种模型,提出了一个利用腔中四能级超导人工原子实现多量子比特相位门的方案。该方案采用一个量子场和两个经典场控制各能级之间的跃迁,提高了多量子比特系统抵抗退相干的能力。     

超导量子芯片硅穿孔填充技术

超导量子计算是目前最有可能实现实际应用的量子计算方案之一,多层堆叠是实现超导量子比特大规模扩展的最佳方案。介绍了超导量子芯片中硅穿孔（TSV）填充工艺的特点并汇总概括了当前超导TSV填充技术。以电镀和金属熔融填充为代表的完全填充工艺具有器件可靠性高、工艺复杂度低等优点,但与半导体技术兼容性较差;以物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积和快速原子连续沉积技术为代表的部分填充工艺,具有与半导体技术兼容性好的优点,但器件可靠性低、工艺复杂度高。开发新材料的电镀工艺或许是未来较为可靠的方案。     

基于腔场耦合的超导比特的量子计算(英文)

利用超导量子比特实现量子计算在世界范围内备受理论界和实验界的关注.在这一体系中实现量子计算的明显好处是具有非常好的操控技术及容易集成化.过去10年实验的快速突破验证了体系的这些优势.在调节不同比特耦合方面,利用微波腔场耦合比特的平台已经建立起来.该综述将重点介绍如何形成等效的超导电荷比特、它和腔场的耦合,以及利用腔场耦合多个比特等内容.     

利用耦合超导量子比特实现受控U门

运用两量子比特非局域操作的几何表示理论,提出了利用射频脉冲作用下的耦合超导量子比特构建受控逻辑门(受控U门)的一个理论方案,并进一步推导出在电容耦合和自感耦合系统中构建受控U门时,其哈密顿量中的拉比频率所需要满足的条件.最后通过两量子比特控制相位门的实现说明该方案的可行性.     

我国科学家半导体量子芯片研制取得突破性进展,首次实现三量子比特逻辑门

正量子芯片研制方面再获新进展,创新性地制备了半导体六量子点芯片,在国际上首次实现了半导体体系中的三量子比特逻辑门操控,为未来研制集成化半导体量子芯片迈出坚实一步。国际应用物理学权威期刊《物理评论应用》近日发表了该成果。