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院士带领!权威物理学期刊发表深圳国际量子研究院重要成果

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    深圳国际量子研究院在俞大鹏院士带领下,基于自研超导量子处理器,同时观测到吸收态相变与测量诱导纠缠相变,并清晰揭示两者临界点分离,为理解自适应量子动力学中的信息流和反馈控制提供关键实验依据。

    先说说核心看点。国际权威物理学期刊《物理评论快报》最近在线发表了一项重磅实验成果,来自深圳国际量子研究院。在俞大鹏院士带领下,他们的超导量子团队联合北京大学和波士顿学院的研究者,基于自己研制的可编程超导量子处理器,干了一件相当漂亮的事——在同一套硬件平台上,同时观测到了由测量与反馈驱动的两类非平衡相变:吸收态相变与测量诱导纠缠相变。更关键的是,他们在实验中清晰揭示了两者临界点的分离。这会带来什么?这意味着,我们在理解自适应量子动力学中的信息流和反馈控制上,有了实实在在的关键实验依据。

    技术突破:低延迟实时反馈赋能自适应量子线路

    测量与条件反馈,是量子纠错和动态量子线路的核心能力。研究团队把“测量—判断—反馈”的闭环过程,直接嵌入到了量子多体演化中。这样一来,量子比特就交替经历幺正演化、随机测量和实时反馈,在真实硬件上实现了对自适应量子动力学的深入探索。

    实验底牌是深圳国际量子研究院自主研制的二维超导量子处理器。这块芯片集成了66个频率可调transmon量子比特和110个可调耦合器,团队从中选出30个量子比特,构建成一维环形链系统。性能数据非常亮眼:单比特门保真度约99.9%,iSWAP类两比特纠缠门保真度约99.3%,全局中途读出量子非破坏(QND)保真度约98.7%。更厉害的是,基于FPGA的实时反馈控制系统,把条件决策延迟压缩到了约200纳秒。这些关键技术能力的叠加,为大尺度自适应量子模拟筑起了坚实的地基。

    实验一:观测吸收态相变,临界行为符合有向渗流普适类

    通过调节测量与反馈概率p,团队在30比特的一维环形链中,清晰观测到了从活跃相到吸收态的相变。p值较小时,局域激发可以在芯片中传播并维持有限活性;而当p值增大至大约0.35时,激发被快速清除,系统进入了无粒子的吸收态。实验提取出的动力学临界行为,与一维有向渗流(directed percolation)的普适类高度一致。这个数据对照,说服力很强。

    实验二:测量诱导纠缠相变,揭示信息结构先于粒子数变化

    在同一处理器上,团队将系统缩减为8比特的自适应线路,通过轨迹分辨的量子态层析,提取了Rényi熵及其涨落。有意思的是,纠缠熵方差在p≈0.20附近出现了一个峰值,这正是测量诱导纠缠相变产生的明确信号。值得留意的关键在于:这个临界点(0.20)明显低于吸收态相变的临界点(0.35)。这说明什么?这说明量子信息结构的改变,是先于宏观粒子数动力学相变发生的。这一分离现象,在量子硬件上首次得到了清晰展示,算得上是实打实的突破。

    从整体看,这项成果标志着深圳国际量子研究院的可编程超导量子处理器,已经从静态线路执行,拓展到了动态自适应线路执行。未来,随着处理器规模、门保真度和实时控制能力的进一步提升,这套平台完全有望用于更高维结构、更复杂反馈规则的量子模拟,并为主动量子纠错和自适应量子算法提供关键实验支撑。

    整个实验的硬件根基,依托深圳国际量子研究院超导团队多年积累的多比特芯片制备、高保真门操作、低延迟测控与实时反馈技术;理论建模、数值模拟和物理机制分析,则由北京大学杨志成课题组和波士顿学院陈骁教授团队完成。论文第一作者是俞大鹏院士在北京大学物理学院的博士生、深圳国际量子研究院访问学生吴智艺;共同参与工作的还有深圳国际量子研究院牛晶晶研究员、储继副研究员,以及研究生孙炫东、张家蔚等。主要共同通讯作者为陈骁教授和杨志成研究员,俞大鹏院士为论文最后作者。

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