供图/视觉中国

近日，阿里巴巴达摩院量子实验室首次亮出量子计算研究进展“成绩单”。

众所周知，现在量子信息还属于前沿科学研究阶段，从科学到科技，再到技术化应用，是一段漫长的过程。在我国，以企业为主体的团队一般是“研发团队”而非真正的“科研团队”，但达摩院似乎对自己的定位颇为不同，他们对自己寄予了“要对世界、对时代、对社会问题有担当”的厚望。某种意义上说，达摩院能在量子计算前沿课题上做出突破，也离不开这样的价值观。

即便是这样一个演示性质的量子芯片，实现突破也不是一蹴而就的，它的暗夜远比大多数人想象的还要长。从“太章”的开发，到如今量子计算模拟器芯片的突破，量子团队的“冷板凳”一坐就是将近5 年。

2022 年3 月24 日，在全球物理学盛会上，阿里巴巴达摩院量子实验室公布了一系列最新进展，包括材料、相干时长、门操控、量子计算编译方案等。其中，采用新型量子比特fluxonium（以下简称fluxonium）的两比特门操控精度高达99.72%，达到该技术路线的全球最佳水平。

会上，达摩院量子实验室与全球科学家分享了8 个学术报告。“重头戏”之一：基于fluxonium，达摩院量子实验室成功设计并制造出两比特量子芯片，实现了99.97%单比特操控精度，两比特iSWAP 门操控精度最高达99.72%，达到此类比特全球最佳水平，性能逼近业界主要量子研发团队采用的传统transmon 比特。

同时，该实验室也在此芯片上实现了另一种比iSWAP 编译能力更强的原生两比特门SQiSW，操控精度达99.72%，是该量子门在所有量子计算平台上实现的最高精度。

据了解，相比传统的transmon比特，fluxonium 具备更高操控精度的理论优势，但这一理论优势的实现需要克服众多技术难关。此次会议上，以fluxonium 为主题的报告有数十个，报告团队除了达摩院量子实验室，还有来自马里兰大学、普林斯顿大学、芝加哥大学、加州大学伯克利分校、麻省理工学院林肯实验室等超导量子计算研究组。

小贴士

美国物理学会年会（APS March Meeting）是全球最大的物理学术会议之一，也是各方汇报量子计算机最新进展的盛会。与会者除了学术机构团队外，还有IBM、谷歌、微软和阿里巴巴等投入量子计算的主要国际企业团队。

达摩院量子实验室的最新成果，初步显现了fluxonium 的优势，而这依赖于理论、设计、仿真、材料、制备和控制多个课题上的突破和创新。

而达摩院也在这一盛会上分享了8 个学术报告，公布在上述方面的多个成果：

◆材料

达摩院发明了一种利用钛氮化铝材料的外延体系制造量子器件的新方法，在极低的微波损耗下依然能实现动态电感的急剧增加。该材料有望成为达摩院下一代fluxoinum芯片的核心部件。

◆制备

在另一个芯片制备的课题上，达摩院量子实验室制备的基于氮化钛的超导量子比特，在“相干时长”这一最关键的性能指标上，可重复地达到300 微秒，达到世界一流水平。

◆设计

量子芯片设计自动化的一个核心问题是提升仿真计算速度。在此课题上，达摩院研发的基于表面积分方程方法的超导量子芯片电磁仿真工具，在电路参数和界面损耗的计算上，相比于通常采用的有限元方法取得了两个数量级的加速，极大地提升了量子芯片的设计优化。

◆控制

在另一个大幅提升大规模量子芯片设计能力的工作中，达摩院通过将芯片优化与量子操控都集成到梯度优化的框架中，在更大参数空间中高效联合优化比特设计方案与比特操控方案。

阿里巴巴达摩院量子实验室两比特（fluxonium）量子芯片

◆编译

达摩院还在fluxonium 上验证了自主研发的超导量子芯片整体计算性能的优化方案，包括针对超导架构的单比特门通用优化编译方案，针对超导芯片上的另一种原生操控SQiSW 门的即时最优编译方案等。该优化方案可以大幅提升量子芯片的整体性能指标。

“打造可扩展的高精度量子比特平台，是当前我们实现量子计算机的核心策略。以上8 个报告表明，fluxonium 不再是学术界演示原理的粗糙玩具，而已然成为可与主流平台争锋的工业级利器。”阿里巴巴达摩院量子实验室负责人施尧耘说，“这些经年积累的成果，也体现了我们先高精度、后多比特的路径选择，差异化发展的冒险精神，以及稳扎稳打、系统性推进的研究风格。”

据介绍，聚焦量子计算机的实现，达摩院量子实验室已建成Lab-1、Lab-2 两座硬件实验室。后者坐落于杭州市余杭区未来科技城梦想小镇，为量子实验室提供了探索多比特上高精度的实验设施。

此前，达摩院量子实验室已开源自研量子计算模拟器“太章2.0”及系列应用案例，相关成果已发表于《自然》子刊中。

小贴士

阿里巴巴从2015 年开始探索量子科学。2017 年，密西根大学教授施尧耘加入阿里巴巴，组建阿里巴巴量子实验室（即现在的达摩院量子实验室），开始阿里巴巴的量子计算研究，目标是实现量子计算的潜力。

达摩院量子实验室团队是一支国际化、多学科的专业团队，地处太平洋两岸，成员具备来自物理、计算机、电子、材料、化学等不同专业的研究经验。团队覆盖四个技术领域，超导芯片的设计、制备和测量，以及量子计算机系统。