量子计算是下一代信息技术的关键，也是当前物理学前沿研究的重大科学问题。实现量子计算的方案有多种，其中超导量子计算由于其长相干时间、良好的扩展性以及精确的操控测量等特性，是目前最具前途的通用量子计算机实现方案之一。谷歌、IBM、英特尔等国际高科技公司都对此进行了大量研发，最近这些公司已经宣称制备出包括数十个物理比特的超导量子芯片，正在进行测试。
在国家重点研发计划量子调控与量子信息重点专项的资助下，物理所郑东宁、吕力课题组与浙江大学及中科大等单位合作，先后制备出长退相干时间的5量子比特、6量子比特、9量子比特和10量子比特（如图）的Xmon型多比特样品。在研制出性能良好的多比特超导量子芯片的基础上，课题组与国内外同行合作，分别在超导量子计算与量子模拟合作研究方面取得了系列成果：
1）利用6比特超导器件中的4个量子比特，演示了求解线性方程组的HHL量子算法。该算法被证明有望应用于人工智能和大数据分析领域，因此有重要的应用前景。该量子算法已经在光子和核磁共振系统中演示过，但该项合作研究是首次在一个具有可扩展性的固态系统中的演示。文章发表在Phys. Rev. Lett.上，并被选为编辑推荐文章。
2）利用10比特超导器件首次实现了10量子比特GHZ全局纠缠，创造了超导量子比特全局纠缠量子比特数世界纪录，纠缠保真度达到约66.8%，合作研究文章发表在Phys. Rev. Lett., 并被选为编辑推荐文章。
3）量子计算的执行需要进行系列量子逻辑门的操作，受控非门和多重受控非门是一种基本的两量子比特和多量子比特逻辑门，具有产生量子纠缠的能力，其实现需要在实验上进行精确的操控。合作研究基于几何相方案，演示了多重的逻辑受控非门高保真度实现，为通用量子计算的实现打下坚实基础，文章发表在Nature Commun.上。
图：5量子比特（左）、6量子比特（中）、10量子比特（右）超导器件
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