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中國光量子比特糾纏數(shù)目逐次刷新世界紀錄意義何在？  中科大潘建偉教授 日前，潘建偉及其同事陸朝陽、劉乃樂、汪喜林等在國際上首次實現(xiàn)18個光量子比特的糾纏，再次刷新了所有物理體系中最大糾纏態(tài)制備的世界紀錄。 什么是量子比特？什么又是量子糾纏？逐次刷新世界紀錄的意義何在？ 量子糾纏，是量子疊加在多粒子條件下的特殊形態(tài) “量子是能量的最小單元，人們所熟知的分子、原子、電子等微觀粒子狀態(tài)的改變，都涉及能量變化，這一過程改變的能量就是一份一份的量子。比如日常生活中的光，就是大量光量子組成的。”中科大研究員汪喜林說。 什么是量子比特？任何信息在編碼、操作、處理等時，都有一個最基本的處理單元，叫做比特。比特是由英文BIT音譯而來，是信息量的度量單位，也是信息量的最小單位。潘建偉團隊研究人員介紹，人們常用的手機、電腦等電子計算機所用到的比特，被稱為經(jīng)典比特。量子比特就是進行量子信息處理的最基本單元。 那么，量子比特糾纏又是怎么一回事？ “在宏觀的經(jīng)典世界里，0就是0，1就是1。而在微觀的量子世界中，一個狀態(tài)可存在于1和0的疊加，它既不是0、也不是1，但它既是0、又是1�！蓖粝擦忠灾摹把Χㄖ@的貓”進行描述，“在經(jīng)典世界里，貓要么是活的，要么是死的，但在量子世界里的貓則可能處于‘又死又活’的疊加狀態(tài)�！币粋�經(jīng)典比特只存在0或1兩種狀態(tài)。而一個量子比特，不僅可處于0或1兩種狀態(tài)，還可處于“0+1”的疊加態(tài)。 而量子糾纏，則是量子疊加在多粒子條件下的特殊表現(xiàn)形態(tài)。汪喜林隨手拿起兩張紙進行解釋。在經(jīng)典比特的場景下，一張紙朝上朝下，與另一張紙沒有任何關聯(lián)。但當有兩個量子比特時，就會出現(xiàn)量子糾纏現(xiàn)象。 “當兩個量子比特建立糾纏之后，哪怕把它們分得很遠，人們會發(fā)現(xiàn)，當一張紙朝上時，另一張也是朝上；當一張紙朝下時，另一張也朝下；當三個量子比特建立糾纏時，發(fā)現(xiàn)一張紙朝上時，另外兩張也朝上；一張紙朝下時，另外兩張紙也朝下；以此類推，18個量子比特糾纏，就是18個同時朝上，或18個同時朝下，且處于18個0+18個1的疊加狀態(tài)�！蓖粝擦终f。 量子計算需多個光量子比特糾纏，數(shù)量越多越好 “經(jīng)典計算機處理的經(jīng)典比特，一次只能處理某一個數(shù)據(jù)，而將來量子計算機在處理量子比特時，可以處于多個數(shù)據(jù)的相干疊加狀態(tài)，具有強大的并行計算優(yōu)勢�！蓖粝擦诌@樣形容，“操縱N個量子比特的量子計算機，原理上可以對2的N次方個數(shù)據(jù)同時進行數(shù)學運算，相當于經(jīng)典計算機重復實施2的N次方次操作。” 對數(shù)據(jù)的處理可以實現(xiàn)運算的并行，運算速度會大大提高，同時，量子計算的速度會隨著實驗可操縱的糾纏比特數(shù)的增加而呈指數(shù)級提升。多個量子比特的相干操縱和糾纏態(tài)制備是發(fā)展可擴展量子信息技術，特別是量子計算的最核心指標，量子計算需用到多個光量子比特糾纏，數(shù)量越多越好。 然而，下一步要實現(xiàn)更多個量子比特的糾纏，需進行高精度、高效率的量子態(tài)制備和獨立量子比特間相互作用的精確調控。但隨著量子比特數(shù)的增加，操縱帶來的噪聲、串擾和錯誤也隨之增加。這對量子體系的設計、加工和調控要求極高，對量子糾纏和量子計算的發(fā)展構成了巨大挑戰(zhàn)。 |
