中国科大实现量子模拟新突破 中国科大实现超导体系量子计算机

郭光灿院士团队在量子信息领域取得关键突破，其柳必恒研究员课题组与本源量子联合攻关，在光学与超导两个量子平台上成功实现了对真实多体纠缠子空间的设备无关验证，并完成了五位纠缠错码空间的自检验。该研究成果于5月14日发表于国际物理学权威期刊《物理进展报告》（2017年进展报告）

在量子信息科学中，真多体纠缠态是量子纠缠的最高形式，要求系统中任何两个子系统之间都存在纠缠关系。由此类态构成的真纠缠子空间具有重要的应用潜力，尤其在量子纠错码的设计方面，能够通过将量子信息编码到该子​​空间中，防止局部退相干引发的误差扩散。然而，与两体纠缠及真多体纠缠态的检测不同，目前针对真纠缠态空间的理论分析工具和实验验证手段仍属空白。尽管基于贝尔不等式的自检方法已在量子纠缠态的设备无关认证中取得成功，但将其推广至多体纠缠态空间仍面临巨大挑战。

图1（a）逻辑子空间与（b）量子自检近似

近期，相关理论研究提出了一种基于稳定子码框架的新颖贝尔不等式方案，能够实现对纠缠子空间的普适性——描述子空间内的任意量子态（包括混合态）渴望程度极大地违反该不等式，从而为真纠缠子空间的自检提供了理论基础。为了验证这一创新性方法，科研团队分别在光学平台和“本源悟空”超导量子计算机上同步开展实验（概念图见图1），最终完成形成五位量子纠错码空间的设备关联验证。通过准备一系列逻辑量子态并进行贝尔测试，实验结果显示，两个系统的逻辑子空间保真度分别达到82与超过62（图2）。整个过程仅依赖于实验起始数据，从而对实验装置做出可信的假设对比实验中，研究人员模拟了单个物理比特错误的情况，发现逻辑态完全丧失了对贝尔不等式的破坏能力，表明其已脱离目标逻辑子空间。进一步检验错误子空间对应的贝尔不等式成功后，实现了对逻辑量子态空间的全过程监控。

图2（a）逻辑量子态及其在发生单比特错误时（b）不同噪声条件下的量子自检结果

论文的共同第一作者为量子信息特任副研究员郭钰实验室、博士生唐昊以及张该研究得到了科技部、国家自然科学基金委员会、安徽省及中国科学技术大学的资助支持。

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