物理學系在超導量子計算和量子模擬領域取得重要研究成果

發布者:陶然發布時間:2018-03-08瀏覽次數:5

近期,浙江大學物理學系王浩華課題組在超導量子計算和量子模擬領域取得重要進展。課題組與中科院物理所范桁、鄭東寧研究小組和中國科學技術大學朱曉波研究小組等多個團隊合作,利用集成有10個比特的超導量子處理器模擬了量子系統中的多體局域效應,在實驗中首次量化展示了系統糾纏熵隨時間對數增長這一多體局域的重要特征,顯示了超導比特在量子模擬方面的應用前景。相關成果以“EmulatingMany-Body Localization with a Superconducting Quantum Processor”為題發表于201822日的Physical Review Letters(物理評論快報)上。浙江大學研究生許凱和物理所研究生陳錦俊為論文的共同第一作者,浙江大學王浩華、物理所范桁和中科大朱曉波為論文的共同通訊作者。文章鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050507

該實驗依托于一個具有高連通性的10比特超導量子處理器。任意兩比特之間可以借助諧振腔相互作用,因此系統可以映射到一個有相互作用的多體模型。實驗首先通過控制隨機勢標定了系統從熱相到局域相的轉變,即在不施加隨機勢的情況下,系統會熱化;在有較強隨機勢的情況下,系統進入局域相并且初態信息得以保存。聯合研究團隊借助于超導量子處理器的可編程操控優勢和高效的量子態層析技術,通過實驗精確標定了半鏈系統密度矩陣的時間演化軌跡,從而可以量化系統糾纏熵的時間演化行為,從實驗上觀測到系統糾纏熵隨時間的對數增長效應。

實驗采用一個高連通性的10比特量子芯片,通過給比特施加可編程控制的

隨機勢使系統發生多體局域效應。糾纏熵表現出隨時間對數增長的現象。

不久前,王浩華課題組還與中科大、物理所、福州大學等研究小組合作,使用該超導量子處理器制備了10超導比特的GHZ全局糾纏態,創造了固態體系GHZ糾纏量子比特數的世界紀錄。相關成果以“10-Qubit Entanglement and Parallel Logic Operations with a Superconducting Circuit”為題發表在2017113日的Physical Review Letters(物理評論快報)上。 

同時,研究團隊還在一個類似的具有高連通性的5比特超導量子處理器上提出并實現了一種新型的多比特受控邏輯門方案。相關成果以“Continuous-Variable Geometric Phase and its Manipulation for Quantum Computation in a Superconducting Circuit”為題發表在20171020日的Nature Communications(自然·通訊)上。在這一工作中,研究團隊通過驅動處理器上的中心諧振腔,使其量子態根據量子比特的不同狀態在相空間內行走不同的封閉路徑。在此基礎上,研究團隊成功觀測到了量子力學預言中的幾何相位,更發現了利用這一現象可以非常高效地一步構造出從兩比特、三比特...n比特的多重受控邏輯門。研究團隊在實驗上依次制備并表征了兩量子比特、三量子比特、四量子比特受控邏輯門,門的保真度指標達到國際先進水平。上述兩項成果中浙江大學研究生宋超和許凱為主要實驗完成人,浙江大學王浩華、福州大學鄭仕標和中科大朱曉波為論文的共同通訊作者。

量子芯片和控制電路的示意圖,以及兩量子比特、三量子比特、四量子比特受控邏輯門的表征數據

這一系列成果得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和中央高校基本科研業務費的資助。

 


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