中国超导量子重磅突破实现全新“时间晶体”

2021年12月，浙江大学杭州国际科创中心量子计算创新工坊首次了发布“莫干1号”“天目1号”超导量子芯片学术成果。半年多过去了，2022年7月22日，浙江大学又重磅发布了“天目1号”超导量子芯片系列应用成果，在超导量子芯片上首次采用全数字化量子模拟方式，展示了一种全新的物质“拓扑时间晶体”。

相关成果已发表在《自然》（Nature）杂志。

时间晶体是2012年诺贝尔物理学奖获得者、麻省理工学院教授Frank Wilczek最早提出的：食盐、矿石等晶体的原子在空间排列上呈一定的周期性变化，而时间晶体试图把“晶体”的特征拓展到时间维度，在时间上也呈现一定的周期性变化。

浙江大学与清华大学团队联合，首次尝试了“全数字化量子模拟”的实验方案，使用超导量子芯片“天目1号”上的26量子比特，通过深度高达240层的量子门线路，实现了设想的全新时间晶体。

通过全数字化量子模拟，研究团队首次成功模拟了26个“准粒子”组成的链状拓扑时间晶体。通过调制系统扰动，实验成功刻画了该拓扑相与平庸热化相的边界。

这打个通俗的比方，就像一排小朋友听着耳机转圈圈，即使音乐节奏变了，仍然可以看到一头一尾两个小朋友存在稳定的 “默契”，周期性地呈现某种呼应。

这一研究成果，不仅表明超导量子芯片上使用数字化量子模拟可以制备拓扑时间晶体，更表明这种方法有望被用于探索更多的物理学前沿问题。

数字量子模拟拓扑时间晶体概念图

团队主要成员合影

另外，浙江大学计算机科学与技术学院尹建伟团队开发了首个面向用户的、支持多量子计算机并行调度的超导量子计算云平台“太元1号”(JanusQ Cloud)，利用可视化编程环境，降低量子计算机使用门槛，可远程访问“天目1号”量子芯片，为量子计算机在多行业的广泛应用打下坚实基础。

据介绍，太元量子云平台拥有三大亮点。

一是基于“天目1号”芯片，开发了面向用户的、支持多量子计算机并行的作业调度方案，提升可用量子比特的规模。

在太元量子云平台中，用户可同时调用多个量子芯片，将特定应用中可拆解的复杂计算问题并行地部署在量子计算机上，从而提升可用量子比特的数量，提高量子计算的效率。

二是友好的编程环境。

太元量子云平台自研了交互式可视化编程框架，向用户可视化地展示量子电路编译和量子计算结果，操作更加便捷智能，这也是首个将量子计算过程可视化的编程框架。

三是云平台开放接口。

太元量子云平台提供上层接口，支持用户自定义构建各类领域的量子算法应用，通过远程访问即可使用量子计算机进行计算。

“太元1号”量子云平台的可视化编程界面

“太元号”量子云平台团队主要人员合影

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