量子计算的前景令人期待，它在基础科学研究、新材料和药物研发、类脑人工智能技术开发等领域有潜在应用价值。中国科学院物理研究所固态量子信息与计算实验室研究员范桁、副研究员许凯，与中国科学院物理研究所量子计算研究中心研究员郑东宁、副主任工程师相忠诚等合作，研发出超40比特的一维超导量子芯片，以战国时期思想家和哲学家庄子命名，利用其成功模拟了“侯世达蝴蝶”能谱以及各种新奇拓扑零模式。
相关研究成果近日发表于《物理评论快报》。
在科学家看来，大规模的量子计算正朝着实用化的方向发展，要想实现实用化，需要操纵精确、比特数多、相干时间长、效率足够高。在这个过程中，量子芯片的设计、制备、测控都至关重要。相忠诚长期从事超导量子芯片制备，他告诉《中国科学报》，与传统芯片相比，量子芯片对外界环境的扰动非常敏感。
借助中国科学院物理研究所位于北京怀柔的综合极端条件实验室的超导量子计算实验平台，郑东宁与相忠诚在器件设计和制备实践中反复摸索思考，不断改进和优化器件的设计方法和制备工艺，完成了43比特一维超导量子芯片的设计和制备，芯片中整体比特参数与设计值一致，总体退相干时间、制备良品率、量子状态易读性等都得到了大幅提升。
量子芯片是第一步，利用多个超导量子比特模拟各种量子效应也是当前人们关注的前沿研究。
量子芯片只有指甲盖大小。拿到芯片后，许凯和团队成员立刻开始对芯片进行测控，并开展量子模拟实验。超导量子计算芯片需要在极低温环境中工作，以避免热量（噪声）对量子态的干扰。
研究人员将芯片封装进盒子中，并放入稀释制冷机中降温至10mK，制冷机的温度比绝对零度（零下273.15℃）仅高了0.01℃，这种极低的温度可以使芯片转变为无损的超导态并有效抑制芯片周围的环境噪声和热噪声，从而呈现量子效应，让科研人员更好地操控量子效应。
许凯和相忠诚及其所在团队长期致力于超导量子计算、量子模拟、量子器件制备等方面的实验研究，并取得了许多领先的成果。在他们看来，量子计算前景广阔，未来还有很长的路要走。虽然目前量子芯片只能完成一些特定任务，而且还未达到超越经典计算的量子优势，但是通过量子模拟的实验可以积累各种操控技术、探索和展示量子计算的各种应用场景，这对未来量子计算机的实现和应用都是非常有价值的。