“祖沖之三號”打破超導量子計算優越性紀錄，比傳統超算快千萬億倍

來源：文匯報

本報訊（記者許琦敏）記者近日從中國科學技術大學獲悉，我國科學家成功構建了105比特超導量子計算原型機“祖沖之三號”，實現了對“量子隨機線路採樣”任務的快速求解。與現有最優經典算法相比，其處理量子隨機線路採樣問題的速度比目前最快的超級計算機快千萬億倍（即15個數量級），是目前超導體系所能達到的最強量子計算優越性。

這是我國繼超導量子計算原型機“祖沖之二號”實現超導量子計算體系最強量子計算優越性後，再次打破超導量子計算優越性紀錄。該成果3月3日以封面論文形式發表於國際權威學術期刊《物理評論快報》上。

“祖沖之三號”的研發團隊陣容強大，由中國科學技術大學教授潘建偉、朱曉波、彭承志等，與上海量子科學研究中心、河南省量子信息與量子密碼重點實驗室、中國計量科學研究院、濟南量子技術研究院、西安電子科技大學微電子學院以及中國科學院理論物理研究所等單位合作完成。

“量子計算優越性”驗證了量子計算系統能夠超越傳統超級計算機的可行性，是量子計算具備應用價值的前提條件，也是當前一個國家量子計算研究實力的直接體現。在這一方面，中美是目前國際第一方陣，呈現交替領先的態勢。

以最優經典算法爲比較標準，國際上首個被嚴格證明的量子計算優越性由中國科大團隊於2020年在“九章”光量子計算原型機上實現；而超導體系首個被嚴格證明的量子計算優越性同樣由該研究團隊於2021年在“祖沖之二號”處理器上實現。2023年，中國科大研發的255光子“九章三號”量子優越性超越經典超算億億倍（16個數量級）。2024年10月，谷歌67比特超導量子處理器“懸鈴木”量子優越性超越經典超算十億倍（9個數量級）。同年12月，中國科學家團隊就在國際知名的預印本平臺arXiv上發佈了“祖沖之三號”量子計算機研製成功的消息。

“‘祖沖之三號’的速度比谷歌‘懸鈴木’還要快100萬倍。”朱曉波介紹，在“祖沖之二號”66比特的基礎上，“祖沖之三號”各項關鍵性能指標得到大幅提升，它包含105個可讀取的數據比特和182個耦合比特，量子比特相干時間達到72微秒，並行單比特門保真度達到99.90%，並行兩比特門保真度達到99.62%，並行讀取保真度達到99.13%，綜合性能達到國際領先水平。

雜誌審稿人對“祖沖之三號”給予高度評價，認爲這項工作“構建了目前最高水準的超導量子計算機”。鑑於該項研究的重要性，美國物理學會同期在《物理》雜誌上特別刊發觀點論文。

取得最強“量子計算優越性”後，“祖沖之三號”團隊正在繼續開展量子糾錯、量子糾纏、量子模擬、量子化學等多方面探索。朱曉波介紹，“祖沖之三號”採用二維網格比特排布芯片架構，直接兼容易於實現規模化拓展的表面碼量子糾錯算法。目前，團隊正基於“祖沖之三號”開展碼距爲7的表面碼糾錯研究，已取得良好進展，並計劃進一步將碼距擴展到9和11，爲實現大規模量子比特的集成和操縱鋪平道路。