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浙江大学发布“天目1号”超导量子芯片系列应用成果

2022-07-27 10:47:19    来源:科技金融时报

7月22日,浙江大学在杭州国际科创中心重磅发布“天目1号”超导量子芯片系列应用成果,用优异成绩给出了回答。浙江大学物理学院教授、浙大杭州国际科创中心量子计算创新工坊首席科学家朱诗尧院士表示,科技发展就像跑步,不仅要跑得快,还希望更多人加入跑步队伍,凝心聚力让我国量子计算跑出更好成绩。

依托量子计算创新工坊自研的“天目1号”超导量子芯片,浙江大学物理学院王震、王浩华研究组与清华大学交叉信息研究院邓东灵研究组等合作,在超导量子芯片上首次采用全数字化量子模拟方式展示了一种全新的物质——拓扑时间晶体。该成果已于近日发表在《自然》(Nature)杂志上。

时间晶体概念最早由2012年诺贝尔物理学奖获得者、美国麻省理工学院教授Frank Wilczek提出:我们日常熟悉的晶体,比如食盐、矿石等,构成它们的原子在空间排列上是呈一定的周期性变化的;而时间晶体试图把“晶体”的特征拓展到时间维度,它在时间上也呈现一定的周期性变化。

“常规的时间晶体已在某些实验平台中实现,我们想做别人没有做过的。”王震介绍说,2年前偶然得知清华大学的邓东灵老师想做“拓扑时间晶体”,他们觉得很有吸引力并与之开展合作,依托浙江大学的超导量子计算平台进行探索,尝试在“天目1号”超导量子芯片上创造这类全新的时间晶体。

据王震介绍,量子计算是通过在量子比特上执行逻辑操作,也就是量子门实现的。不同量子门组合成不同的算法“积木”,用于搭建科学家心目中的“建筑”。浙大研究团队就在倾心打造通用性更高的量子“积木”。

“当要解决具体的问题时,只需要调用组合不同的‘积木’,而不需要更换芯片。”论文共同第一作者、浙大物理学院博士生张叙和邓金凤认为,数字化量子模拟是一条通往通用量子计算的必经之路。

在评估了清华大学邓东灵研究组提出的精妙构思后,浙大研究团队首次尝试了“全数字化量子模拟”的实验方案,使用超导量子芯片(“天目1号”)上的26量子比特,通过深度高达240层的量子门线路实现了邓东灵所设想的全新的时间晶体。

这是比“类比量子模拟”通用性更强的实验方案,使用超导量子芯片具有更高的编程灵活度,以及更高的量子门精度,以执行更多种类的量子算法。通过全数字化量子模拟,研究团队首次成功模拟了一个26个“准粒子”组成的链状拓扑时间晶体,通过调制系统扰动,实验成功刻画该拓扑相与平庸热化相的边界。这就有点类似于一排小朋友听着耳机转圈圈,即使音乐的节奏变了,仍可以观察到一头一尾两个小朋友存在稳定的“默契”,周期性地呈现某种呼应。

这一研究的成果,不仅表明了超导量子芯片上使用数字化量子模拟可以制备拓扑时间晶体,更表明了这种方法有望被用于探索更多的物理学前沿问题。

与此同时,浙江大学计算机科学与技术学院尹建伟团队开发了首个面向用户的、支持多量子计算机并行调度的超导量子计算云平台——“太元一号”,该平台利用可视化的编程环境,降低量子计算机的使用门槛,可远程访问“天目1号”量子芯片,为量子计算机在多行业的广泛应用打下坚实基础。

科研人员表示,希望通过太元量子云平台的建设,能够积极推进“量子+”交叉学科领域研究,加速量子计算从基础研究到产业应用,从而推动量子计算产业蓬勃发展。(林洁)

关键词: 超导量子芯片 浙江大学 诺贝尔物理学奖 时间晶体概念

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