中国科学家成功研制“祖冲之三号”量子计算原型机

IT之家 3 月 3 日消息，据中国科学技术大学官方消息，潘建伟、朱晓波、彭承志等，与上海量子科学研究中心、河南省量子信息与量子密码重点实验室、中国计量科学研究院、济南量子技术研究院、西安电子科技大学微电子学院以及中国科学院理论物理研究所等单位合作，成功构建了 105 比特（包含 105 个可读取比特和 182 个耦合比特）超导量子计算原型机“祖冲之三号”，实现了对“量子随机线路采样”任务的快速求解。

▲祖冲之三号芯片示意图。105 个可读取比特和 182 个耦合比特集成在同一个芯片上执行量子随机线路采样任务

与现有最优经典算法相比，“祖冲之三号”处理量子随机线路采样问题的速度比目前最快的超级计算机快 15 个数量级，超过谷歌 2024 年 10 月公开发表的最新成果 6 个数量级 [Nature 634, 328 (2024)]。这一成果是我国继超导量子计算原型机“祖冲之二号”实现超导量子计算体系最强量子计算优越性 [PRL 127, 180501 (2021), Science Bulletin 67, 240 (2022)] 后，再一次打破超导体系量子计算优越性纪录。相关论文于北京时间 3 月 3 日以封面论文的形式发表在国际学术期刊《物理评论快报》上。

IT之家从官方介绍获悉，“量子计算优越性”验证了量子计算系统能够超越传统超级计算机的可行性，是量子计算具备应用价值的前提条件，也是当前一个国家量子计算研究实力的直接体现。在这一方面，中美是目前国际第一方阵，呈现交替领先的态势。

研究团队在 66 比特“祖冲之二号”的基础上，大幅提升了各项关键性能指标，实现了 105 个数据比特、182 个耦合比特的“祖冲之三号”，量子比特相干时间达到 72μs，并行单比特门保真度达到 99.90%，并行两比特门保真度达到 99.62%，并行读取保真度达到 99.13%，综合性能达到国际领先水平。为测试其性能，团队在“祖冲之三号”系统上完成了 83 比特 32 层的随机线路采样，以目前最优经典算法为比较标准，计算速度比最强超算快 15 个数量级，也超过去年十月谷歌公开发表的最新成果 6 个数量级，为目前超导体系最强量子计算优越性。

量子优越性是量子计算强大性能的综合体现，是近期应用探索和实现可拓展量子纠错的基础。在“祖冲之三号”取得最强“量子计算优越性”后，团队正继续开展量子纠错、量子纠缠、量子模拟、量子化学等多方面探索。“祖冲之三号”采用二维网格比特排布芯片架构，直接兼容易于实现规模化拓展的表面码量子纠错算法，目前团队正基于“祖冲之三号”开展码距为 7 的表面码纠错研究，已取得良好进展，并计划进一步将码距扩展到 9 和 11，为实现大规模量子比特的集成和操纵铺平道路。