初審編輯：劉大帥
責任編輯：曹亮
3月3日，據中國科學技術大學消息，該校潘建偉、朱曉波、彭承志等成功構建了105比特（包含105個可讀取比特和182個耦合比特）超導量子計算原型機“祖沖之三號”，實現了對“量子隨機線路取樣”任務的快速求解。記者還了解到，濟南量子技術研究院參與了其中部分核心部件制備。
祖沖之三號芯片示意圖。105個可讀取比特和182個耦合比特集成在同一個芯片上執(zhí)行量子隨機線路采樣任務。
與現有最優(yōu)經典算法相比，“祖沖之三號”處理的量子隨機線路取樣問題的速度比目前最快的超級計算機快15個數量級，超過谷歌2024年10月公開發(fā)表的最新成果6個數量級【Nature 634,328(2024)】。這一成果是我國繼超導量子計算原型機“祖沖之二號”達到超導量子計算體系最強量子計算優(yōu)越性【PRL 127,180501(2021)，Science Bulletin67,240(2022)】里程碑后，再一次打破超導體系量子計算優(yōu)越性紀錄。相關論文于北京時間3月3日以封面論文的形式發(fā)表在國際學術期刊《物理評論快報》上。
“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(tài)勢。
但在2023年，中國科大演示了更先進的經典算法，用1400余塊A100GPU僅需約14秒即可完成同樣的任務；如果用“前沿”超算并配備更大的內存，則預計只需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；而超導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。2023年，中國科大研發(fā)的255光子“九章三號”量子優(yōu)越性超越經典超算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(yōu)越性超越經典超算9個數量級。
研究團隊在66比特“祖沖之二號”的基礎上，大幅提升了各項關鍵性能指標，實現了105個數據比特、182個耦合比特的“祖沖之三號”，量子比特相干時間達到72us，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先水平。為測試其性能，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)經典算法為比較標準，計算速度比最強超算“前沿”快15個數量級，也超過去年十月谷歌公開發(fā)表的最新成果6個數量級，為目前超導體系最強量子計算優(yōu)越性。
量子優(yōu)越性是量子計算強大性能的綜合體現，是近期應用探索和實現可拓展量子糾錯的基礎。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?！白鏇_之三號”采用二維網格比特排布芯片架構，直接兼容易于實現規(guī)?；卣沟谋砻娲a量子糾錯算法，目前團隊正基于“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，為實現大規(guī)模量子比特的集成和操縱鋪平道路。
據悉，濟南量子技術研究院在山東省、濟南市的支持下，建成了國內首條最大規(guī)模、集成先進制程的超導量子處理器工藝線，正在開展基于超導體系的大規(guī)模表面碼糾錯研究，加快推進下一代高性能超導量子計算處理器的研發(fā)，全面推動量子計算從理論研究逐步走向實際應用，為我國量子信息科學領域的快速發(fā)展筑牢堅實根基。
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