5光量子比特纠缠、6光量子比特纠缠、8光量子比特纠缠、10光量子比特纠缠，18光量子比特纠缠……
在位中央经济工作会议已经明确要推动高质量发展，因此工作的重心还是会在深化供给侧改革以及防范系统性风险方面。于中国科技大学东区理化大楼中编号为“01003”的实验室内，密布着在投资理财领域，高手可以日进斗金，菜鸟却总是入不敷出，之所以会有贫富两重天，是因为他们采用了不同的理财方式，拥有不同的理财习惯。在投资理财领域，高手可以日进斗金，菜鸟却总是入不敷出，之所以会有贫富两重天，是因为他们采用了不同的理财方式，拥有不同的理财习惯。扑朔迷离的管线及各类光学和电子设备，中科大教授潘建伟和他的团队在这里不时攻关，刷新着光量子比特纠缠数目的世界纪录。日前，潘建伟及其同事陆朝阳、刘乃乐、汪喜林等在国际上初次完成18个光量子比特的纠缠，再次刷新了一切物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。
什么是量子比特?什么又是量子纠缠?逐次刷新世界纪录的意义何在?
量子纠缠，是量子叠加在多粒子条件下的特殊形状
“量子是能量的最小单元，人们所熟知的分子、原子、电子等微观粒子形态的改动，都触及能质变化，这一进程改动的能量就是一份一份的量子。比方日常生活中的光，就是少量光量子组成的。”中科大研讨员汪喜林说。
什么是量子比特?任何信息在编码、操作、处置等时，都有一个最根本的处置单元，叫做比特。比特是由英文BIT音译而来，是信息量的度量单位，也是信息量的最小单位。潘建伟团队研讨人员引见，人们常用的手机、电脑等电子计算机所用到的比特，被称为经典比特。量子比特就是停止量子信息处置的最根本单元。
那么，量子比特纠缠又是怎样一回事?
“在微观的经典世界里，0就是0，1就是1。而在微观的量子世界中，一个形态可存在于1和0的叠加，它既不是0、也不是1，但它既是0、又是1。”汪喜林以著名的“薛定谔的猫”停止描绘，“在经典世界里，猫要么是活的，要么是死的，但在量子世界里的猫则能够处于‘又死又活’的叠加形态。”一个经典比特只存在0或1两种形态。而一个量子比特，不只可处于0或1两种形态，还可处于“0+1”的叠加态。
而量子纠缠，则是量子叠加在多粒子条件下的特殊表现形状。汪喜林随手拿起两张纸停止解释。在经典比特的场景下，一张纸朝上朝下，与另一张纸没有任何关联。但当有两个量子比特时，就会呈现量子纠缠景象。
“当两个量子比特树立纠缠之后，哪怕把它们分得很远，人们会发现，当一张纸朝上时，另一张也是朝上;当一张纸朝下时，另一张也朝下;当三个量子比特树立纠缠时，发现一张纸朝上时，另外两张也朝上;一张纸朝下时，另外两张纸也朝下;以此类推，18个量子比特纠缠，就是18个同时朝上，或18个同时朝下，且处于18个0+18个1的叠加形态。”汪喜林说。
量子计算需多个光量子比特纠缠，数量越多越好
“经典计算机处置的经典比特，一次只能处置某一个数据，而未来量子计算机在处置量子比特时，可以处于多个数据的相关叠加形态，具有弱小的并行计算优势。”汪喜林这样描述，“操纵N个量子比特的量子计算机，原理上可以对2的N次方个数据同时停止数学运算，相当于经典计算机反复施行2的N次方次操作。”
对数据的处置可以完成运算的并行，运算速度会大大进步，同时，量子计算的速度会随着实验可操纵的纠缠比特数的添加而呈指数级提升。多个量子比特的相关操纵和纠缠态制备是开展可扩展量子信息技术，特别是量子计算的最中心目标，量子计算需用到多个光量子比特纠缠，数量越多越好。
但是，下一步要完成更多个量子比特的纠缠，需停止高精度、高效率的量子态制备和独立量子比特间互相作用的准确调控。但随着量子比特数的添加，操纵带来的噪声、串扰和错误也随之添加。这对量子体系的设计、加工和调控要求极高，对量子纠缠和量子计算的开展构成了宏大应战。
怎样缓解上述成绩，到达提升量子比特纠缠数的目的，研讨团队近期把重点放在了光子的多个自在度的调控办法上。“比方，1个光子过来往往用于编码1个量子比特，10个光量子比特的纠缠就需求10个光子。如让光量子比特纠缠数目提升，就要把光子数再往上提升，但这难度太大了。我们如今就在想，能不能用每个光子编码多个光量子比特。”汪喜林解释，如今经过操纵一个光子的偏振、途径和轨道角动量等多种自在度，让一个光子编码3个光量子比特，这样6个光子就能编码18个光量子比特，完成18个光量子比特的纠缠，同时无效缓解了因光子数添加而能够带来的种种成绩。
将来量子计算机可使用于需求大规模计算的迷信难题
“量子比特纠缠的数目越大，可完成的量子计算的才能就越强。”团队担任人引见，他们希望经过将来3年到5年努力，在量子计算方面能完成约50个纠缠量子比特的相关操纵，使其计算才能在某些特定成绩的求解上，媲美或逾越目前最好的经典超级计算机。
而依据实际估计，量子计算的前景远不止于此。汪喜林说，借助量子计算的并行性带来指数级的减速，将能远远逾越现有经典计算机的速度。当量子计算时代到来时，应用GHz时钟频率的量子计算机求解一个亿亿亿变量的线性方程组，将只需求10秒钟。而如今，即使是用世界上最快的超级计算机也至多需求几百年。
“如能纠缠操纵100个粒子，在对某些特定成绩的求解方面，量子计算的计算才能可达目前全世界计算才能总和的100万倍。当量子计算机使用之时，如今的气候预告、药物设计等需求大规模计算的迷信难题，将无望迎刃而解。”汪喜林举例，比方如今的气候预告，想要预告1个月后的天气能够需求100天的计算工夫，但计算上100天之后也就没了预告的意义，但未来使用了量子计算之后，1个月后的预告能够几秒钟的计算工夫就可以完成。
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