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　　“祖沖之三號”量子計(jì)算原型機(jī)問世

　　再次打破超導(dǎo)體系量子計(jì)算優(yōu)越性世界紀(jì)錄

　　光明日報(bào)合肥3月4日電 記者丁一鳴、常河從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、朱曉波、彭承志等科學(xué)家，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。

　　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，再次打破超導(dǎo)體系量子計(jì)算優(yōu)越性世界紀(jì)錄。相關(guān)論文于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)。據(jù)了解，國際上首個(gè)被嚴(yán)格證明的量子計(jì)算優(yōu)越性由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)于2020年在“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)上實(shí)現(xiàn)；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)。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、“祖沖之號”量子計(jì)算總師朱曉波介紹，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72微秒，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，并測試驗(yàn)證為目前超導(dǎo)體系最強(qiáng)量子計(jì)算優(yōu)越性。

　　“最直觀的提升是量子比特?cái)?shù)目的提升，如果將量子處理器比作一個(gè)超級大腦，那么量子比特就是神經(jīng)元，神經(jīng)元越多，大腦就越發(fā)達(dá)、越能干。”朱曉波打比方說，“而量子比特的退相干時(shí)間，可以理解為神經(jīng)元的有效工作時(shí)間，退相干時(shí)間越長，能夠處理的信息就越復(fù)雜。”

　　朱曉波繼續(xù)解釋，量子門保真度可以理解為神經(jīng)元之間相互傳遞信息的正確率，讀取保真度則是大腦處理完信息后進(jìn)行輸出的準(zhǔn)確率。“這些關(guān)鍵指標(biāo)的提升是通過多方面實(shí)現(xiàn)的，比如在量子處理器的設(shè)計(jì)上，優(yōu)化了量子比特和耦合器電場分布、設(shè)計(jì)并采用了三級濾波器等等。”朱曉波告訴記者，“如果將每一個(gè)量子比特比作一個(gè)飛盤，那么只要有一個(gè)落地就滿盤皆輸，設(shè)計(jì)、制造、傳輸?shù)让恳粋€(gè)環(huán)節(jié)的極限挑戰(zhàn)，才造就了‘祖沖之三號’的極限能力。”

　　量子計(jì)算優(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)。朱曉波還透露，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。

　　《物理評論快報(bào)》審稿人高度評價(jià)這一工作，認(rèn)為這一工作“構(gòu)建了目前最高水準(zhǔn)的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)”“是對此前66比特處理器(祖沖之二號)的重大升級”。

　　《光明日報(bào)》(2025年03月05日 12版)