近日，据中国科学技术大学官方消息，该校与北京大学联合组成的研究团队，成功实现了51个超导量子比特簇态制备和验证，刷新了所有量子系统中真纠缠比特数目的世界纪录。相关研究成果以“Generation of genuine entanglement up to 51 superconducting qubits”为题发表在国际学术期刊《自然》。
量子纠缠是量子力学中最神秘也是最基础的性质之一，同时也是量子信息处理的核心资源，是量子计算加速效应的根本来源之一。多年以来，实现大规模的多量子比特纠缠一直是各国科学家奋力追求的目标。在我国科学家的不懈努力下，自2017年起我国先后完成了10比特、12比特、18比特的真纠缠态制备，不断刷新超导量子计算领域的纠缠比特数目纪录。
量子真纠缠态比特数目的发展历史 来源：中国科学技术大学
然而，更大规模的真纠缠态制备要求高连通性的量子系统、高保真的多比特量子门操作、以及高效准确的量子态保真度表征手段。这些要求对量子系统的性能、操控能力以及验证手段带来了极大的考验，使此前真纠缠比特的规模停留在约20个量子比特的水平。
此次研究团队在前期构建的“祖冲之二号”超导量子计算原型机的基础上，进一步将并行多比特量子门的保真度提高到99.05%、读取精度提高到95.09%，并结合研究团队所提出的大规模量子态保真度验证判定方案，成功实现了51比特簇态制备和验证，比现有的记录高出两倍多。最终51比特一维簇态保真度达到0.637±0.030，超过0.5纠缠判定阈值13个标准差。
“祖冲之二号”完成的51比特成果
这一结果将各个量子系统中真纠缠比特数目的纪录由原先的24个大幅突破至51个，充分展示了超导量子计算体系优异的可扩展性。在此基础上，研究团队通过结合基于测量的变分量子本征求解器，开展了对于小规模的扰动平面码的本征能量的求解，首次实现了基于测量的变分量子算法，为基于测量的量子计算方案走向实用奠定了基础。
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