记者从中国科学技术大学获悉，我国科学家成功构建了105比特超导量子计算原型机“祖冲之三号”，实现了对“量子随机线路采样”任务的快速求解。与现有最优经典算法相比，其处理量子随机线路采样问题的速度比目前最快的超级计算机快一千万亿倍（即15个数量级），是目前超导体系所能达到的最强量子计算优越性。这是我国继超导量子计算原型机“祖冲之二号”实现超导量子计算体系最强量子计算优越性后，再一次打破超导体系量子计算优越性纪录。相关论文于北京时间3月3日以封面论文的形式发表在国际学术期刊《物理评论快报》上。
“祖冲之三号”的研发团队阵容强大，由中国科学技术大学教授潘建伟、朱晓波、彭承志等，与上海量子科学研究中心、河南省量子信息与量子密码重点实验室、中国计量科学研究院、济南量子技术研究院、西安电子科技大学微电子学院以及中国科学院理论物理研究所等单位合作完成。
“‘祖冲之三号’的这一速度，比谷歌在2024年10月公开发表的最新成果还要快100万倍。”朱晓波介绍，在“祖冲之二号”66比特的基础上，“祖冲之三号”各项关键性能指标得到大幅提升，它包含105个可读取的数据比特和182个耦合比特，量子比特相干时间达到72微秒，并行单比特门保真度达到99.90%，并行两比特门保真度达到99.62%，并行读取保真度达到99.13%，综合性能达到国际领先水平。
祖冲之三号芯片示意图。105个可读取比特和182个耦合比特集成在同一个芯片上执行量子随机线路采样任务
杂志审稿人给予了“祖冲之三号”高度评价，认为这一工作“构建了目前最高水准的超导量子计算机”。鉴于该项研究的重要性，美国物理学会同期在《物理》杂志上特别刊发观点论文。 量子计算优越性是量子计算具备应用价值的前提条件，也是当前一个国家量子计算研究实力的直接体现。目前，中美是全球在该方向上的第一方阵，呈现交替领先的态势。中国研发的“九章”“祖冲之”系列量子计算机，与美国谷歌研发的“悬铃木”之间展开激烈竞争。 2024年10月，谷歌67比特超导量子处理器“悬铃木”量子优越性超越经典超算10亿倍。当年12月，中国科学家团队就在国际知名的预印本平台arXiv上发布了“祖冲之三号”量子计算机研制的相关成果。实验数据显示，“祖冲之三号”的性能优于谷歌“悬铃木”。
中国科大朱晓波(左)与学生讨论实验结果
取得最强“量子计算优越性”后，“祖冲之三号”团队正继续开展量子纠错、量子纠缠、量子模拟、量子化学等多方面探索。朱晓波介绍，“祖冲之三号”采用二维网格比特排布芯片架构，直接兼容易于实现规模化拓展的表面码量子纠错算法。目前，团队正基于“祖冲之三号”开展码距为7的表面码纠错研究，已取得良好进展，并计划进一步将码距扩展到9和11，为实现大规模量子比特的集成和操纵铺平道路。 该研究得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院、安徽省、山东省以及上海市等的支持。
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