近日，來自浪潮和中科院等多家科研單位的中國科學家聯(lián)合發(fā)表關于最新量子計算研究的論文，提出了以半導體量子環(huán)構建量子計算機的理論設想，提供了一種新的可行的量子比特實現(xiàn)方式。
該論文已經被英國皇家化學學會的雜志Phys. Chem. Chem. Phys.收錄并予以刊發(fā)（Phys. Chem. Chem. Phys., 2017,19, 30048-30054 ）。
該論文已經被英國皇家化學學會的雜志Phys. Chem. Chem. Phys.收錄并予以刊發(fā)（Phys. Chem. Chem. Phys., 2017,19, 30048-30054 ）。
關于量子計算機
量子計算機是通過疊加和糾纏的量子現(xiàn)象來實現(xiàn)計算力的增長。量子疊加使量子比特能夠同時具有0和1的數(shù)值，可進行“同步計算”；量子糾纏使分處兩地的兩個量子比特能共享量子態(tài)，創(chuàng)造出超疊加效應：每增加一個量子比特，運算性能就翻一倍。理論上，擁有60個量子比特的量子計算機可瞬間實現(xiàn)百億億次計算（E級計算）。
作為信息載體的量子比特的實現(xiàn)方式，是量子計算機的研究中一項關鍵性技術。優(yōu)秀的量子比特實現(xiàn)方式一般需要滿足幾項特定的要求，如較為容易的物理載體的實現(xiàn)方式、容易的初態(tài)制備和操作、較長的相干時間等等。
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目前，量子比特的實現(xiàn)方式主要有光子、離子阱、超導環(huán)、半導體量子結構等，基于這些不同物理載體實現(xiàn)的量子計算機各有優(yōu)劣，如光子相干時間較長但難以觀測和控制，超導環(huán)易于控制但相干時間極短，而離子阱雖然相干時間較長且易于控制，但由于需要頻繁的激光操作，因此效率不高。
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2017年5月，IBM發(fā)布16個量子比特的系統(tǒng)，半年之后即發(fā)布新型的20位量子比特的量子計算機，并宣稱已成功開發(fā)出一臺50位量子比特的原型機。
谷歌量子硬件負責人約翰·馬丁尼斯（John Martinis）則在10月透露谷歌已擁有22個量子比特的芯片，并且計劃在明年發(fā)布49個量子比特的芯片。
我國也在5月初發(fā)布了世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機，成功實現(xiàn)了10個超導量子比特糾纏，預計年底可以實現(xiàn)操縱20個量子比特。
谷歌量子硬件負責人約翰·馬丁尼斯（John Martinis）則在10月透露谷歌已擁有22個量子比特的芯片，并且計劃在明年發(fā)布49個量子比特的芯片。
我國也在5月初發(fā)布了世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機，成功實現(xiàn)了10個超導量子比特糾纏，預計年底可以實現(xiàn)操縱20個量子比特。
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此次浪潮和中國科學院微電子研究所微電子器件與集成技術重點實驗室、重慶郵電大學理學院、廈門大學物理科學與技術學院半導體光子學研究中心的相關研究人員從理論上提出的半導體量子環(huán)設想，可使用半導體量子多電子環(huán)中電子自旋軌道耦合調控的手段，通過外場或電子數(shù)的方式實現(xiàn)對量子態(tài)的有效調控，并通過光學手段很容易探測。
更重要的是，基于半導體量子結構的實現(xiàn)機制則可以利用現(xiàn)有的半導體工藝，從而可以較為平滑地從經典的半導體芯片過渡到量子芯片。
更重要的是，基于半導體量子結構的實現(xiàn)機制則可以利用現(xiàn)有的半導體工藝，從而可以較為平滑地從經典的半導體芯片過渡到量子芯片。
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本論文的研究方法使用了較為嚴格和精確的理論模擬方法，但計算量巨大，如3個電子態(tài)的物理計算就需要約30億億次雙精度浮點計算量，6個電子態(tài)的計算量更是增長100~1000倍，因此模擬代碼的實現(xiàn)在一開始就考慮到了大規(guī)模并行擴展和優(yōu)化，可實現(xiàn)對十數(shù)個電子態(tài)的模擬計算。
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