近日消息，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、朱曉波、彭承志等學(xué)者與相關(guān)科研院所合作，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(hào)”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)“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(hào)”處理量子隨機(jī)線路采樣問(wèn)題的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快15個(gè)數(shù)量級(jí)。這一成果是我國(guó)繼超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之二號(hào)”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(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

“祖沖之三號(hào)”芯片示意圖。

中國(guó)科大  供圖“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(jí)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(guó)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(guó)際第一方陣，呈現(xiàn)交替領(lǐng)先的態(tài)勢(shì)。

研究團(tuán)隊(duì)在66比特“祖沖之二號(hào)”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(hào)”，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(guó)際領(lǐng)先水平。為測(cè)試其性能，團(tuán)隊(duì)在“祖沖之三號(hào)”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(jí)，也超過(guò)去年十月谷歌公開(kāi)發(fā)表的最新成果6個(gè)數(shù)量級(jí)，為目前超導(dǎo)體系最強(qiáng)量子計(jì)算優(yōu)越性。

中國(guó)科大朱曉波教授（左）與學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果。  中國(guó)科大 供圖

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(hào)”取得最強(qiáng)“量子計(jì)算優(yōu)越性”后，團(tuán)隊(duì)正繼續(xù)開(kāi)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。“祖沖之三號(hào)”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)模化拓展的表面碼量子糾錯(cuò)算法，目前團(tuán)隊(duì)正基于“祖沖之三號(hào)”開(kāi)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。

《物理評(píng)論快報(bào)》審稿人高度評(píng)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(duì)此前66比特處理器（祖沖之二號(hào)）的重大升級(jí)”。鑒于該項(xiàng)研究工作的重要性，美國(guó)物理學(xué)會(huì)同期在《物理》（Physics）雜志上特別刊發(fā)觀點(diǎn)論文，深入解讀并重點(diǎn)介紹了該研究的創(chuàng)新之處與重要意義。