據(jù)中國科學技術(shù)大學（簡稱“中國科大”）消息，該校潘建偉、朱曉波、彭承志等，與相關(guān)科研單位合作，成功構(gòu)建了105比特超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之三號”。這一成果是我國繼超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之二號”實現(xiàn)超導(dǎo)量子計算體系最強量子計算優(yōu)越性后，再一次打破超導(dǎo)體系量子計算優(yōu)越性紀錄。

相關(guān)論文于北京時間3月3日以封面論文的形式發(fā)表在國際學術(shù)期刊《物理評論快報》上，審稿人認為其“構(gòu)建了目前最高水準的超導(dǎo)量子計算機”。

據(jù)介紹，與現(xiàn)有最優(yōu)經(jīng)典算法相比，“祖沖之三號”處理量子隨機線路采樣問題的速度比目前最快的超級計算機快15個數(shù)量級，超過谷歌2024年10月公開發(fā)表的最新成果6個數(shù)量級 。

“量子計算優(yōu)越性”驗證了量子計算系統(tǒng)能夠超越傳統(tǒng)超級計算機的可行性，是量子計算具備應(yīng)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(xiàn)。在這一方面，中美是目前國際第一方陣，呈現(xiàn)交替領(lǐng)先的態(tài)勢。

2019年，谷歌率先宣稱實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性。谷歌53比特“懸鈴木”處理器在200秒內(nèi)完成的隨機線路采樣任務(wù)，用當時最快的超級計算機進行模擬需要約一萬年。但在2023年，中國科大演示了更先進的經(jīng)典算法，用1400余塊A100 GPU僅需約14秒即可完成同樣的任務(wù)。

如果用“前沿”超算并配備更大的內(nèi)存，則預(yù)計只需1.6秒即可完成，因此谷歌當時的“量子計算優(yōu)越性”宣稱已被中國科大推翻。

以最優(yōu)經(jīng)典算法為比較標準，國際上首個被嚴格證明的量子計算優(yōu)越性由中國科大于2020年在“九章”光量子計算原型機上實現(xiàn)；而超導(dǎo)體系首個被嚴格證明的量子計算優(yōu)越性由本研究團隊于2021年在“祖沖之二號”處理器上實現(xiàn)。2023年，中國科大研發(fā)的255光子“九章三號”量子優(yōu)越性超越經(jīng)典超算16個數(shù)量級。2024年10月，谷歌67比特超導(dǎo)量子處理器“懸鈴木”量子優(yōu)越性超越經(jīng)典超算9個數(shù)量級。

研究團隊在66比特“祖沖之二號”的基礎(chǔ)上，大幅提升了各項關(guān)鍵性能指標，實現(xiàn)了105個數(shù)據(jù)比特、182個耦合比特的“祖沖之三號”，量子比特相干時間達到72μs，并行單比特門保真度達到99.90%，并行兩比特門保真度達到99.62%，并行讀取保真度達到99.13%，綜合性能達到國際領(lǐng)先水平。

為測試其性能，研究團隊在“祖沖之三號”系統(tǒng)上完成了83 比特 32 層的隨機線路采樣，以目前最優(yōu)經(jīng)典算法為比較標準，計算速度比最強超算快15個數(shù)量級，也超過去年十月谷歌公開發(fā)表的最新成果6個數(shù)量級，為目前超導(dǎo)體系最強量子計算優(yōu)越性。

在“祖沖之三號”取得最強“量子計算優(yōu)越性”后，團隊正繼續(xù)開展量子糾錯、量子糾纏、量子模擬、量子化學等多方面探索。目前團隊基于“祖沖之三號”開展碼距為7的表面碼糾錯研究，已取得良好進展，并計劃進一步將碼距擴展到9和11，為實現(xiàn)大規(guī)模量子比特的集成和操縱鋪平道路。

審稿人高度評價這一工作，認為這一工作“構(gòu)建了目前最高水準的超導(dǎo)量子計算機”“是對此前66比特處理器（祖沖之二號）的重大升級”。鑒于該項研究工作的重要性，美國物理學會同期在《物理》（Physics）雜志上特別刊發(fā)觀點論文，深入解讀并重點介紹了該研究的創(chuàng)新之處與重要意義。這項研究工作得到了國家自然科學基金委員會、科學技術(shù)部、中國科學院、安徽省、山東省以及上海市等的支持。