中国科学家成功制备和验证51比特超导量子簇态，刷新纪录

中国科学家刷新纪录：成功实现51比特超导量子簇态制备和验证

中国科学家在量子科技领域取得重要突破，继2017年成功制备10比特、12比特和18比特的真纠缠态之后，他们再次刷新了世界纪录，成功实现了51比特超导量子簇态的制备和验证。

据中国科学院消息，中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院的潘建伟、朱晓波、彭承志等研究团队与北京大学的袁骁合作，最近成功实现了51个超导量子比特的簇态制备和验证。这一成果刷新了所有量子系统中真纠缠比特数目的世界纪录，并首次演示了基于测量的变分量子算法。相关研究成果已于7月12日在线发表在国际学术期刊《自然》上。

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。多年来，实现大规模的多量子比特纠缠一直是各国科学家努力追求的目标。自1998年人们首次利用核磁共振系统实现3比特GHZ态的制备以来，真多体纠缠态的制备一直是各种物理系统规模化扩展的重要标志，包括光子、离子阱、金刚石氮空位色心、中性原子和超导量子比特等。超导量子比特由于其规模化拓展的优势而在近年来得到了快速发展。

潘建伟介绍说：“然而，要实现更大规模的真纠缠态制备，需要具备高连通性的量子系统、高保真度的多比特量子门以及高效准确的量子态保真度表征手段。”高连通性可以保证实现大规模量子态的可能性，避免缺陷和连通性不足对量子态规模的限制；只有通过高保真度的量子门才能将量子比特连接起来形成高保真度的多体量子纠缠态；而高效的量子态表征则是克服量子态规模复杂度随比特数呈指数级增长的重要保证。然而，实现这些要求对量子系统的性能、操控能力和验证手段提出了很高的要求，因此之前真纠缠比特的规模还未能突破24个。

研究团队在之前构建的“祖冲之二号”超导量子计算原型机的基础上，进一步提高了并行多比特量子门的保真度至99.05%，读取精度至95.09%。结合研究团队提出的大规模量子态保真度验证判定方案，成功实现了51比特簇态的制备和验证。最终，51比特簇态的保真度达到了0.637±0.030，超过了0.5纠缠判定阈值13个标准差。

潘建伟表示：“这项工作将量子系统中真纠缠比特数目的纪录由原先的24个大幅刷新至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的实用化打下了基础。