品玩3月24日訊，在全球實體學盛會2022APS年會上，阿裡巴巴達摩院量子實驗室公布了一系列最新進展，包括材料、相幹時長、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99.72%，達到此類比特的全球最佳水準。
圖：阿裡巴巴達摩院量子實驗室兩比特（fluxonium）操控精度99.72%
美國實體學會年會（APS March Meeting）是全球最大的實體學術會議之一，也是彙報量子計算機最新進展的盛會。與會的除了學術機構團隊外，還有IBM、谷歌、微軟和阿裡巴巴等投入量子計算的主要國際企業團隊。
達摩院量子實驗室與全球科學家分享了8個學術報告。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晶片，實作了單比特操控精度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準，性能逼近業界主要量子研發團隊采用的傳統transmon比特。該實驗室也在此晶片上實作了另一種比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台上實作的最高精度。
圖：阿裡巴巴達摩院量子實驗室兩比特（fluxonium）量子晶片
fluxonium具備比transmon更高操控精度的理論優勢，長期為學界矚目。但這一理論優勢的實作，需要克服衆多技術難關。此次大會以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，還有來自馬裡蘭大學、普林斯頓大學、芝加哥大學、UC Berkeley、MIT/Lincoln Lab等的頂尖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，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钛氮化鋁（TAN）材料的外延體系制造量子器件的新方法，在極低的微波損耗下依然能實作動态電感的急劇增加。該材料有望成為量子實驗室下一代fluxonium晶片的核心部件。
在另一個晶片制備的課題上，達摩院量子實驗室制備的基于氮化钛的超導量子比特，在相幹時長這一最關鍵的性能名額上，可重複地達到300微秒，具備世界一流水準。
量子晶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，量子實驗室研發的基于表面積分方程方法的超導量子晶片電磁仿真工具，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，極大地推進了量子晶片的設計優化。
在另一個大幅提升大規模量子晶片設計能力的工作中，達摩院量子實驗室通過将晶片優化與量子操控都內建到梯度優化的架構中，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。
達摩院量子實驗室還在fluxonium上驗證了自研的超導量子晶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，針對超導晶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晶片的整體性能名額。
“打造可擴充的高精度量子比特平台，是目前我們實作量子計算機的核心政策。這8個報告表明，fluxonium不再是學術界示範原理的粗糙玩具，而已然成為可與主流平台争鋒的工業級利器。” 阿裡巴巴達摩院量子實驗室負責人施堯耘說，“這些曆經三年積累的成果，也展現了我們先高精度、後多比特的路徑選擇，差異化發展的冒險精神，以及穩紮穩打、系統性推進的研究風格。”
據介紹，達摩院量子實驗室聚焦量子計算機的實作，已建成Lab-1、Lab-2兩座硬體實驗室。後者坐落于杭州市餘杭區未來科技城夢想小鎮，為量子實驗室提供了探索多比特上高精度的實驗設施。此前，達摩院量子實驗室已開源自研量子計算模拟器“太章2.0”及系列應用案例，相關成果業已發表于Nature子刊《Nature Computational Science》，其核心算法為學界與業界廣泛采用。