原标题：重磅！潘建伟团队完成 18 个量子比特纠缠，再度刷新世界纪录！

中国在量子计算范围再次取得里程碑式打破！中国迷信技术大学潘建伟团队在国际上初次完成 18 个光量子比特的纠缠，刷新了一切物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。该成果运用价值极大，表明我国继续在国际上引领多体纠缠的研讨。

重磅论文地址：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.260502

中科大潘建伟教授及其同事陆朝阳、刘乃乐、汪喜林等经过调控六个光子的偏振、途径和轨道角动量三个自在度，在国际上初次完成 18 个光量子比特的纠缠，刷新了一切物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录！

作为国际前沿的量子信息科研团队之一，潘建伟团队曾经在光子体系上率先完成了五光量子、六光量子、八光量子和十光量子纠缠，一度保持着国际抢先水平。此次完成 18 个光量子比特的纠缠，该成果可进一步运用于大尺度、高效率的量子信息技术，表明我国继续在国际上引领多体纠缠的研讨。

国际威望学术期刊《物理评论快报》日前宣布了该成果。

打破本人 10 光量子纠缠记载，发明一切物理体系纠缠态制备的新世界纪录

多个量子比特的相关操纵和纠缠态制备是开展可扩展量子信息技术，特别是量子计算的最中心目的。量子计算的速度将随着可操纵的纠缠比特数目的添加而指数级提升。但要完成多个量子比特的纠缠，需求停止高精度、高效率的量子态制备和独立量子比特之间相互作用的准确调控。同时，随着量子比特数目的添加，操纵时所带来的噪声、串扰和错误也随之添加。这对量子体系的设计、加工和调控要求极高，成为量子纠缠和量子计算开展的庞大应战。

过去 20 年，潘建伟及其同事不断在国际上引领着多光子纠缠和干预度量的开展，并在此基础上开创了光子的多个自在度的调控办法。2015 年，经过完成对光子偏振和轨道角动量两个自在度的量子调控技术和单光子非破坏测量，潘建伟、陆朝阳研讨组初次完成单光子多自在度的量子隐形传态，相关成果被英国物理学会旧事网站“物理世界”选为“国际物理学年度打破”。

2016 年底，潘建伟团队同时完成了 10 个光量子比特和 10 个超导量子比特的纠缠，刷新并不断保持着这两个世界记载。

经过多年技术攻关，潘建伟团队自主研发了高波动单光子多自在度干预仪，完成了不同自在度量子态之间确实定性和高效率的相关转换，完成了对 18 个量子比特的 262144 种形状的同时测量。在此基础上，研讨组成功完成了 18 个光量子比特超纠缠态的实验制备和严厉多体纯纠缠的验证，发明了一切物理体系纠缠态制备的世界纪录。

详细技术：实验证明 18 个量子比特 GHZ 纠缠

对多个粒子的多个自在度完成完全控制是量子信息处置的基天分力。我们经过同时应用 6 个光子的 3 个不同自在度，包括它们的途径、偏振和轨道角动量，实验证明了 18 个量子比特 Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠。

研讨人员开发了高波动性的干预仪，用于光子的不同自在度之间的可逆量子逻辑运算，其精度和效率接近于一，可以同时读出 18 个量子比特形状产生的 218=262144 种结果组合。测量到的量子态保真度为 0.708±0.016，证明全部 18 个量子比特的真实纠缠。

图1：用于创立和验证由 6 个光子和 3 个d.o.f 组成的 18 量子比特 GHZ 态的方案和实验安装。

上图中展现了用于创立和验证由 6 个光子和 3 个d.o.f 组成的 18 量子比特 GHZ 态的方案和实验安装。其中，

（a）：六光子偏振纠缠 GHZ 态的产生。中心波长为为 788nm，脉冲继续时间为 140fs，重复频率为 80MHz 超快激光聚焦于三硼酸锂（LBO）并向上转换为 394nm。

紫外激光聚焦在三个专门设计的三明治型非线性晶体，每个晶体由两个 2 毫米厚的β-硼酸钡（BBO）一个 HWP 组成，产生三对纠缠光子。

在每个输入中，运用了不同厚度和方向的两块 YVO₄晶体，以对双折射效应停止空间和时间补偿。这三对纠缠光子结合在两个偏振分束器（PBS）上，产生六光子偏振纠缠的 GHZ 态。

（b）：关于每个单光子，它经过一个双 PBS 发送，并且两个 SPP 在单光子三量子比特态下制备。

（c）：采用闭合（虚线）或开放（无虚线）干预配置测量空间量子比特。

（d）：偏振测量。

（e）：经过交流门（inset）将 OAM 转换为偏振，从而完成高效率、双通道的 OAM 读出。

（f）：（b）和（c）中实践运用的安装的照片。经过垂直平移，可以方便地在翻开和封锁之间切换

（g）：对空间（f）和 OAM（h）测量中的可见性停止实时检测。

（h）：（e）中实践运用的安装的照片。

图2：18 量子比特 GHZ 纠缠的实验数据。

抢占“量子霸权”制高点，纠缠态制备是关键

由于量子信息技术的潜在价值，欧美各国都在积极整合各方面研讨力气和资源，展开国度级的协同攻关。其中，欧盟在 2016 年宣布启动量子技术旗舰项目；美国国会则于 6 月 27 日正式经过了“国度量子举动方案”（National Quantum Initiative，NQI），确保本人不会落后其他开展量子技术的国度。

国外高科技巨头，比如谷歌、微软、IBM 等也纷繁强势介入量子计算研讨，并且频频宣告提高。

尤其是谷歌。谷歌从 2014 年末尾研讨基于超导超导的量子计算机。往年 3 月，谷歌宣布推出 72 量子比特的量子计算机，并完成了 1% 的低错误率；5 月，谷歌在《自然-物理学》宣布文章，描画了从随机量子电路的输入中采样位元串（bit-strings）的义务，这可以被以为是量子计算机的“hello world”顺序。在另一篇宣布于 Science 的论文《用超导量子比特演示量子霸权的蓝图》（A blueprint for demonstrating quantum supremacy with superconducting qubits）中，谷歌阐述了量子霸权的蓝图，并初次实验证明了一个原理验证的版本。

不过，IBM、英特尔、谷歌等宣布完成的量子计算机原型，这些量子比特并没有构成纠缠态。单纯比拼物理量子比特数，这一优势在运用层面尚无太大意义。

前文也说了，多个量子比特的相关操纵和纠缠态制备是开展可扩展量子信息技术，特别是量子计算的最中心目的。为什么？

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