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達摩院|阿里達摩院公布新型量子芯片

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達摩院|阿里達摩院公布新型量子芯片

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達摩院|阿里達摩院公布新型量子芯片

【達摩院|阿里達摩院公布新型量子芯片】在阿里巴巴 ， fluxonium不再是學術界演示原理的粗糙玩具 ， 而已然成為可與主流平臺爭鋒的工業級利器 。

作者 | 趙廣立
成立 5 年 ， 阿里巴巴達摩院量子實驗室首次全面披露量子計算研究進展“成績單” 。

3 月 24 日 ， 全球物理學盛會2022APS年會上 ， 阿里巴巴達摩院量子實驗室公布了一系列最新進展 ， 包括材料、相干時長、門操控、量子計算編譯方案等 。 其中 ， 采用新型量子比特fluxonium的兩比特門操控精度高達99.72% ， 達到該技術路線的全球最佳水平 。

圖：阿里巴巴達摩院量子實驗室兩比特（fluxonium）操控精度99.72%
美國物理學會年會（APS March Meeting）是全球最大的物理學術會議之一 ， 也是各方匯報量子計算機最新進展的盛會 。 與會者除了學術機構團隊外 ， 還有IBM、谷歌、微軟和阿里巴巴等投入量子計算的主要國際企業團隊 。
會上 ， 達摩院量子實驗室與全球科學家分享了8個學術報告 。 “重頭戲”之一即：基于新型超導量子比特fluxonium ， 達摩院量子實驗室成功設計并制造出兩比特量子芯片 ， 實現了單比特操控精度99.97% ， 兩比特iSWAP門操控精度最高達99.72% ， 取得此類比特全球最佳水平 ， 性能逼近業界主要量子研發團隊采用的傳統transmon比特 。
同時 ， 該實驗室也在此芯片上實現了另一種比iSWAP編譯能力更強的原生兩比特門SQiSW ， 操控精度達99.72% ， 是該量子門在所有量子計算平臺上實現的最高精度 。

圖：阿里巴巴達摩院量子實驗室兩比特（fluxonium）量子芯片
據了解 ， 相比傳統的transmon比特 ， fluxonium具備更高操控精度的理論優勢 ， 但這一理論優勢的實現需要克服眾多技術難關 。 此次會議上 ， 以fluxonium為主題的報告有數十個 ， 報告團隊除了達摩院量子實驗室 ， 還有來自馬里蘭大學、普林斯頓大學、芝加哥大學、加州大學伯克利分校、麻省理工學院/Lincoln Lab等的超導量子計算研究組 。
達摩院量子實驗室的最新成果 ， 初步顯現了fluxonium的優勢 ， 而這依賴于理論、設計、仿真、材料、制備和控制多個課題上的突破和創新 。
達摩院量子實驗室發明了一種利用鈦氮化鋁（TAN）材料的外延體系制造量子器件的新方法 ， 其在極低的微波損耗下依然能實現動態電感的急劇增加 。 該材料有望成為量子實驗室下一代fluxonium芯片的核心部件 。
在另一個芯片制備的課題上 ， 達摩院量子實驗室制備的基于氮化鈦的超導量子比特 ， 在相干時長這一最關鍵的性能指標上 ， 可重復地達到300微秒 ， 具備世界一流水平 。
量子芯片設計自動化的一個核心問題是提升仿真計算速度 。 在此課題上 ， 達摩院量子實驗室研發的基于表面積分方程方法的超導量子芯片電磁仿真工具 ， 在電路參數和界面損耗的計算上 ， 相比于通常采用的有限元方法取得了兩個數量級的加速 ， 極大地推進了量子芯片的設計優化 。
在另一個大幅提升大規模量子芯片設計能力的工作中 ， 達摩院量子實驗室通過將芯片優化與量子操控都集成到梯度優化的框架中 ， 在更大參數空間中高效聯合優化比特設計方案與比特操控方案 。
此外 ， 達摩院量子實驗室還在fluxonium上驗證了自研的超導量子芯片整體計算性能的優化方案 ， 包括針對超導架構的單比特門通用優化編譯方案 ， 針對超導芯片上的另一種原生操控SQiSW門的即時最優編譯方案等 。 該優化方案可以大幅提升量子芯片的整體性能指標 。

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