中國科學家刷新紀錄：成功實現51比特超導量子簇態制備和驗證

中國科學家在量子科技領域取得重要突破，繼2017年成功制備10比特、12比特和18比特的真糾纏態之后，他們再次刷新了世界紀錄，成功實現了51比特超導量子簇態的制備和驗證。

據中國科學院消息，中國科學技術大學中國科學院量子信息與量子科技創新研究院的潘建偉、朱曉波、彭承志等研究團隊與北京大學的袁驍合作，最近成功實現了51個超導量子比特的簇態制備和驗證。這一成果刷新了所有量子系統中真糾纏比特數目的世界紀錄，并首次演示了基于測量的變分量子算法。相關研究成果已于7月12日在線發表在國際學術期刊《自然》上。

量子糾纏是量子力學中最神秘也是最基礎的性質之一，同時也是量子信息處理的核心資源，是量子計算加速效應的根本來源之一。多年來，實現大規模的多量子比特糾纏一直是各國科學家努力追求的目標。自1998年人們首次利用核磁共振系統實現3比特GHZ態的制備以來，真多體糾纏態的制備一直是各種物理系統規模化擴展的重要標志，包括光子、離子阱、金剛石氮空位色心、中性原子和超導量子比特等。超導量子比特由于其規模化拓展的優勢而在近年來得到了快速發展。

潘建偉介紹說：“然而，要實現更大規模的真糾纏態制備，需要具備高連通性的量子系統、高保真度的多比特量子門以及高效準確的量子態保真度表征手段。”高連通性可以保證實現大規模量子態的可能性，避免缺陷和連通性不足對量子態規模的限制；只有通過高保真度的量子門才能將量子比特連接起來形成高保真度的多體量子糾纏態；而高效的量子態表征則是克服量子態規模復雜度隨比特數呈指數級增長的重要保證。然而，實現這些要求對量子系統的性能、操控能力和驗證手段提出了很高的要求，因此之前真糾纏比特的規模還未能突破24個。

研究團隊在之前構建的“祖沖之二號”超導量子計算原型機的基礎上，進一步提高了并行多比特量子門的保真度至99.05%，讀取精度至95.09%。結合研究團隊提出的大規模量子態保真度驗證判定方案，成功實現了51比特簇態的制備和驗證。最終，51比特簇態的保真度達到了0.637±0.030，超過了0.5糾纏判定閾值13個標準差。

潘建偉表示：“這項工作將量子系統中真糾纏比特數目的紀錄由原先的24個大幅刷新至51個，充分展示了超導量子計算體系優異的可擴展性。”在此基礎上，研究團隊首次實現了基于測量的變分量子算法，為基于測量的量子計算方案的實用化打下了基礎。