20比特量子芯片示意图 课题组 供图

　　浙江在线杭州8月15日讯（浙江在线记者 曾杨希 通讯员 周炜）近日，浙江大学、中科院物理所、中科院自动化所、北京计算科学研究中心等国内单位组成的团队通力合作，开发出具有20个超导量子比特的量子芯片，并成功操控其实现全局纠缠，刷新了固态量子器件中生成纠缠态的量子比特数目的世界记录，推动了人类在量子计算的研究道路上又迈进一步，这一成果发表于《科学》杂志。

　　人类用了70年左右的时间，让经典计算机从笨重的机器变成了便携的个人电脑和智能手机，但还是有许多运算很难完成。不过，量子计算机可以。

   在浙江大学超导量子计算和量子模拟团队的实验室里，布满了错综复杂的管线、密集叠放的电路板、嗡嗡作响的制冷机……团队中的博士生宋超介绍：“这整个房间就是一台量子计算机，它的芯片“大脑”就在一个直径80公分的圆柱形大“冰箱”的底部。超导量子比特芯片设计、平台搭建、测控工作都在这里完成。”

　　计算机使用“0”和“1”进行信息存储与处理，作为表示信息的最小单位，比特在经典计算机中如同一个普通开关，或0或1。量子计算机则完全不同，由于量子纠缠与叠加，一个“量子开关”可以同时代表0和1，并被称为量子比特。“想象一下，一枚摆在桌上静止的硬币，你只能看到它的正面或背面；当你把它快速旋转起来，你看到的既是正面，又是背面。”宋超解释道，而一台量子计算机就像许多硬币同时翩翩起舞。

　　借助于显微镜，这1平方厘米的“大脑”——超导量子比特芯片露出真容。20个量子比特，均匀分布于中心谐振腔的周边，犹如由中心枢纽贯通的各个支路。

　　“这是我们实验室迭代的第四代电路设计方案，目标是让任意两个量子比特之间都能进行直接‘沟通’，实现全局纠缠。”芯片的设计者之一、浙江大学本科生张叙说。这样的芯片则是由中科院物理所李贺康博士制备的，他在近期作为博士后加盟浙大，有望在浙大微纳加工中心做出更复杂的芯片。

　　浙大科研人员在量子计算实验平台边讨论 通讯员 卢绍庆 供图

　　实验团队利用这一芯片生成并标定了18比特的全局纠缠的GHZ态，以及20比特的薛定谔猫态。在短短187纳秒之内（仅为人眨一下眼所需时间的百万分之一），团队捕捉到20个人造原子从“起跑”时的相干态，历经多次“变身”，最终形成同时存在两种相反状态的纠缠态。

　　“形象地说，就是一只由20个人造原子构成的‘猫’，薛定谔猫态。”宋超说，论文标题中，团队用了“薛定谔猫态”来描述捕捉到的现象。操控这些量子比特生成全局纠缠态，标志着团队能够真正调动起这些量子比特。

　　在实验控制条件下，20个人造原子集体从零时刻起跑后的相干演化动态过程的捕捉。 

　　A和B图分别为理论预测和实验观察结果。C图为根据建议在新视角下对5组份薛定谔猫态的重新描绘。课题组 供图

　　多么“璀璨”的187纳秒，见证了人类在量子计算的研究道路上的重要进步。尽管实验室中的原型机仍像摇篮中的婴儿，到其长大成人发挥作用还需有漫长不懈怠的培养过程。但我们有理由期待，在未来几十年内，量子计算机将从理论走向应用，在经典计算机无法解决的大规模计算难题上大显身手。

　　浙大物理系博士生宋超、中科院物理所许凯副研究员和博士生李贺康为论文共同第一作者。中科院物理所范桁研究员、郑东宁研究员和浙大王浩华教授为共同通讯。这一研究得到了浙大“双一流”建设专项经费、国家重点研发计划、国家自然科学基金和中科院重点研究计划的支持。