7月13日，来自中国科学技术大学和中山大学的科研团队分别在全球顶级科研期刊《Nature》发表最新科研成果。
中国科大成功实现最大规模的51比特量子纠缠态制备
“TOP大学来了”小编按，7月13日，中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、袁骁为共同通讯作者在全球顶级科研期刊《Nature》发表了题为“Generation of genuine entanglement up to 51 superconducting qubits”的研究论文。中国科学技术大学为本文的第一完成单位。
科研团队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，对于多体量子纠缠研究、大规模量子算法实现以及基于测量的量子计算具有重要意义。
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。
图 ：量子真纠缠态比特数目的发展历史。
自1998年人们首次利用核磁共振系统实现3比特GHZ态的制备开始，真多体纠缠态的制备成为包括光子、离子阱、金刚石氮空位色心、中性原子及超导量子比特等各种物理系统规模化扩展的重要表征手段。其中，超导量子比特具有规模化拓展的优势，近年来发展迅速。我国科学家在超导量子比特多体纠缠制备方面取得了一系列重要成果，自2017年起先后完成了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。
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以及高效准确的量子态保真度表征手段。高连通性保证了大规模量子态生成的可能性，避免因缺陷和连通性不足限制量子态规模；通过高保真量子门才能够将量子比特连接起来形成高保真的多体量子纠缠态；而高效的量子态表征是克服随比特数指数级增长的量子态规模复杂度、进行量子态保真度准确估计的重要保证。由于难以实现对量子系统性能、操控能力以及验证手段的这些要求，此前真纠缠比特的规模未能突破24个量子比特。
图：利用“祖冲之二号”完成的51比特一维簇态制备的线路及量子态保真度结果。
研究团队在前期构建的“祖冲之二号”超导量子计算原型机基础上，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。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。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。
中山大学发现镍基高温超导体
“TOP大学来了”小编按，7月13日，中山大学王猛教授和清华大学张广铭教授为共同通讯作者在全球顶级科研期刊《Nature》发表了题为“Signatures of superconductivity near 80 K in a nickelate under high pressure”的研究论文。中山大学为本文的第一完成单位。该科研团队首次发现液氮温区镍氧化物超导体。
超导材料具有绝对零电阻、完全抗磁性和宏观量子隧穿效应的特殊性质，因此具有重要的科学和应用价值。自发现以来，已产生了5个相关的诺贝尔奖。
中国科学家也因超导领域的突破两次获得国家自然科学一等奖，以及一次国家最高科学技术奖。
1986年，科学家首次发现铜氧化物超导材料，随后包括中国科学家在内的多国科学家将其超导温度提升到了液氮温区（77开尔文，即零下196摄氏度）。液氮的廉价和易得，推动了铜氧化物高温超导材料在信息技术、生物医学、科学仪器、电力、交通运输等领域的应用。
2008年，日本科学家在一种铁砷基材料中发现了超导现象。很快，中国科学家合成出多种铁砷材料，将块材超导温度最高提高到55K，并推动了其应用，但未能进入液氮温区。
铜氧化物至此仍是唯一液氮温区的非常规超导材料。“科学家在铜氧化物超导电性研究中掌握了很多实验现象和规律，然而与高温超导的因果关系无法确定。”清华大学教授张广铭说，高温超导的机理至今未知，成为近40年来物理学中最重要的科学问题之一。
而这一次，中国科学家首次发现在液氮温区超导的镍氧化物，意味着为世界超导研究开辟了新领域，将引领超导研究的方向。
图：La3Ni2O7单晶样品高压下的电阻、抗磁性及超导上临界磁场拟合
这个发现在审稿阶段于科研论文预印平台公布后，迅速受到全球超导领域研究人员广泛关注和跟进研究，在一个月左右的时间里已有十余篇相关理论和实验工作相继公布。论文也得到了《自然》杂志审稿人的高度评价，认为它“具有突出重要性”“是开创性发现”“业内将广泛关注”。
转自：“TOP大学来了”微信公众号
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