中國量子計算原型機九章問世 2021年量子計算機行業(yè)市場深度調(diào)研

• 2020年12月4日 ZhouXun來源：互聯(lián)網(wǎng)綜合 248 8
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12月3日，中國科學技術(shù)大學宣布，中國科學技術(shù)大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中科院上海微系統(tǒng)所、國家并行計算機工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了 76 個光子 100 個模式的量子計算原型機 “九章”，實現(xiàn)了具有實用前景的 “高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。

中國量子計算原型機九章問世

12月3日，中國科學技術(shù)大學宣布，中國科學技術(shù)大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中科院上海微系統(tǒng)所、國家并行計算機工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了 76 個光子 100 個模式的量子計算原型機 “九章”，實現(xiàn)了具有實用前景的 “高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。

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

根據(jù)目前最優(yōu)的經(jīng)典算法，“九章”對于處理高斯玻色取樣的速度比目前世界排名第一的超級計算機 “富岳”快一百萬億倍，等效地比谷歌去年發(fā)布的 53 比特量子計算原型機 “懸鈴木”快一百億倍。

根據(jù)中研普華研究院《2018-2023年中國量子計算機行業(yè)市場深度調(diào)研與投資風險預測報告》顯示：

一、超導量子比特介紹

超導量子比特是以量子力學為理論基礎(chǔ)，約瑟夫森結(jié)(Josephson junction)為基本載體的量子兩能級系統(tǒng)。超導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、低損耗以及可擴展性等方面的優(yōu)勢，所以這是一種很有前景的實現(xiàn)量子計算機的方案之一。對比經(jīng)典比特之間的邏輯運算和計算處理，我們根據(jù)實現(xiàn)量子計算機的物理載體必須具備第三個條件可知，要實現(xiàn)可控的量子比特之間的相干性以及退相干時間，這些都是實現(xiàn)量子計算機的一個必要條件。

注：實現(xiàn)量子計算機的物理載體必須具備的條件：

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

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

(3)需要在量子計算機運行期間要有長的退相干時間，以保證量子計算機的操作;

(4)能夠控制量子比特之間的耦合;

(5)能夠正確地測量到量子比特的所處狀態(tài)。

二、超導量子比特和腔的耦合

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

Cavity QED通過高品質(zhì)因數(shù)Q的諧振腔來研究原子和腔內(nèi)光子之間的相互作用。外部噪聲能夠影響二能級系統(tǒng)的退相干以及影響原子和光子的相互作用過程，在表征量子比持參數(shù)過程中，可以通過高品質(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。又因為處于激發(fā)態(tài)的原子由激發(fā)態(tài)退化到基態(tài)時恰好能夠釋放一個光子，所以能夠很好的研究光子的量子特性等。

腔量子電動力學電路為固態(tài)量子計算提供了新的方式，并為研究超導量子比特和量子態(tài)測量提供了新的途徑。腔量子電動力學的結(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，并且可以利用腔實現(xiàn)多量子比特耦合。諧振腔與量子比特耦合形成二能級系統(tǒng)。

圖表：腔QED耦合示意

資料來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院

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

那么，未來量子計算機行業(yè)將如何發(fā)展?請關(guān)注中研普華研究院報告《2018-2023年中國量子計算機行業(yè)市場深度調(diào)研與投資風險預測報告》。

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