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中國科大實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體系 “量子計(jì)算優(yōu)越性”新紀(jì)錄

2025-03-04 09:13:37 來源：人民網(wǎng) A+A-

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、朱曉波,、彭承志等,，與上海量子科學(xué)研究中心、河南省量子信息與量子密碼重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,、中國計(jì)量科學(xué)研究院,、濟(jì)南量子技術(shù)研究院、西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院以及中國科學(xué)院理論物理研究所等單位合作,，

成功構(gòu)建了105比特（包含105個(gè)可讀取比特和182個(gè)耦合比特）超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之三號”,，實(shí)現(xiàn)了對“量子隨機(jī)線路采樣”任務(wù)的快速求解。

中國科大實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體系 “量子計(jì)算優(yōu)越性”新紀(jì)錄

“祖沖之三號”芯片示意圖,。（科研團(tuán)隊(duì)供圖）

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(jī)線路采樣問題的速度比目前最快的超級計(jì)算機(jī)快15個(gè)數(shù)量級，超過谷歌2024年10月公開發(fā)表的最新成果6個(gè)數(shù)量級,。

這一成果是我國繼超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之二號”實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)量子計(jì)算體系最強(qiáng)量子計(jì)算優(yōu)越性后,，再一次打破超導(dǎo)體系量子計(jì)算優(yōu)越性紀(jì)錄。

相關(guān)論文于北京時(shí)間3月3日以封面論文的形式發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》上,。

“量子計(jì)算優(yōu)越性”驗(yàn)證了量子計(jì)算系統(tǒng)能夠超越傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)的可行性,，是量子計(jì)算具備應(yīng)用價(jià)值的前提條件，也是當(dāng)前一個(gè)國家量子計(jì)算研究實(shí)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(shí)現(xiàn)量子計(jì)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(jī)線路采樣任務(wù),，用當(dāng)時(shí)最快的超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬需要約一萬年,。但在2023年，中國科大演示了更先進(jìn)的經(jīng)典算法,，用1400余塊A100GPU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(jì)只需1.6秒即可完成,，因此谷歌當(dāng)時(shí)的“量子計(jì)算優(yōu)越性”宣稱已被中國科大推翻,。

此后，以最優(yōu)經(jīng)典算法為比較標(biāo)準(zhǔn),，國際上首個(gè)被嚴(yán)格證明的量子計(jì)算優(yōu)越性由中國科大于2020年在“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)上實(shí)現(xiàn),；而超導(dǎo)體系首個(gè)被嚴(yán)格證明的量子計(jì)算優(yōu)越性由本研究團(tuán)隊(duì)于2021年在“祖沖之二號”處理器上實(shí)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(gè)數(shù)量級,。2024年10月,，谷歌70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(gè)數(shù)量級。

研究團(tuán)隊(duì)在66比特“祖沖之二號”的基礎(chǔ)上,，大幅提升了各項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo),，實(shí)現(xiàn)了105個(gè)數(shù)據(jù)比特、182個(gè)耦合比特的“祖沖之三號”,，量子比特相干時(shí)間達(dá)到72μs,，并行單比特門保真度達(dá)到99.90%，并行兩比特門保真度達(dá)到99.62%,，并行讀取保真度達(dá)到99.13%,，綜合性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平。為測試其性能,，團(tuán)隊(duì)在“祖沖之三號”系統(tǒng)上完成了83比特32層的隨機(jī)線路采樣,，以目前最優(yōu)經(jīng)典算法為比較標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算速度比最強(qiáng)超算快15個(gè)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(gè)數(shù)量級,，為目前超導(dǎo)體系最強(qiáng)量子計(jì)算優(yōu)越性。

量子優(yōu)越性是量子計(jì)算強(qiáng)大性能的綜合體現(xiàn),，是近期應(yīng)用探索和實(shí)現(xiàn)可拓展量子糾錯(cuò)的基礎(chǔ),。在“祖沖之三號”取得最強(qiáng)“量子計(jì)算優(yōu)越性”后，團(tuán)隊(duì)正繼續(xù)開展量子糾錯(cuò),、量子糾纏,、量子模擬、量子化學(xué)等多方面探索,?！白鏇_之三號”采用二維網(wǎng)格比特排布芯片架構(gòu)，直接兼容易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；卣沟谋砻娲a量子糾錯(cuò)算法,，目前團(tuán)隊(duì)正基于“祖沖之三號”開展碼距為7的表面碼糾錯(cuò)研究，已取得良好進(jìn)展,，并計(jì)劃進(jìn)一步將碼距擴(kuò)展到9和11,，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子比特的集成和操縱鋪平道路。

(責(zé)任編輯：周晶晶 CN032)

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