【瞧！祖沖之號我們的量計前沿科技】
“祖沖之三號”量子計算原型機問(wèn)世
再次打破超導體系量子計算優(yōu)越性世界紀錄
光明日報合肥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，算原該校潘建偉、型機朱曉波、問(wèn)世彭承志等科學(xué)家，祖沖之號與上海量子科學(xué)研究中心、量計河南省量子信息與量子密碼重點(diǎn)實(shí)驗室、算原中國計量科學(xué)研究院、型機濟南量子技術(shù)研究院、問(wèn)世西安電子科技大學(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，祖沖之號成功構建了105比特(包含105個(gè)可讀取比特和182個(gè)耦合比特)超導量子計算原型機“祖沖之三號”，量計實(shí)現了對“量子隨機線(xiàn)路采樣”任務(wù)的算原快速求解。
與現有最優(yōu)經(jīng)典算法相比，型機“祖沖之三號”處理量子隨機線(xiàn)路采樣問(wèn)題的問(wèn)世速度比目前最快的超級計算機快15個(gè)數量級，超過(guò)谷歌2024年10月公開(kāi)發(fā)表的最新成果6個(gè)數量級。這一成果是我國繼超導量子計算原型機“祖沖之二號”實(shí)現超導量子計算體系最強量子計算優(yōu)越性后，再次打破超導體系量子計算優(yōu)越性世界紀錄。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》上。
量子計算優(yōu)越性驗證了量子計算系統能夠超越傳統超級計算機的可行性，是量子計算具備應用價(jià)值的前提條件，也是當前一個(gè)國家量子計算研究實(shí)力的直接體現。據了解，國際上首個(gè)被嚴格證明的量子計算優(yōu)越性由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)于2020年在“九章”光量子計算原型機上實(shí)現；超導體系首個(gè)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(shí)現。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、“祖沖之號”量子計算總師朱曉波介紹，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(guān)鍵性能指標，實(shí)現了105個(gè)數據比特、182個(gè)耦合比特的“祖沖之三號”，量子比特相干時(shí)間達到72微秒，并行單比特門(mén)保真度達到99.90%，并行兩比特門(mén)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(lǐng)先水平，并測試驗證為目前超導體系最強量子計算優(yōu)越性。
“最直觀(guān)的提升是量子比特數目的提升，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、越能干?！敝鞎圆ù虮确秸f(shuō)，“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(cháng)，能夠處理的信息就越復雜?！?/p>
朱曉波繼續解釋?zhuān)孔娱T(mén)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)行輸出的準確率?！斑@些關(guān)鍵指標的提升是通過(guò)多方面實(shí)現的，比如在量子處理器的設計上，優(yōu)化了量子比特和耦合器電場(chǎng)分布、設計并采用了三級濾波器等等?！敝鞎圆ǜ嬖V記者，“如果將每一個(gè)量子比特比作一個(gè)飛盤(pán)，那么只要有一個(gè)落地就滿(mǎn)盤(pán)皆輸，設計、制造、傳輸等每一個(gè)環(huán)節的極限挑戰，才造就了‘祖沖之三號’的極限能力?！?/p>
量子計算優(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(shí)現可拓展量子糾錯的基礎。朱曉波還透露，在“祖沖之三號”取得最強量子計算優(yōu)越性后，團隊正繼續開(kāi)展量子糾錯、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》審稿人高度評價(jià)這一工作，認為這一工作“構建了目前最高水準的超導量子計算機”“是對此前66比特處理器(祖沖之二號)的重大升級”。
《光明日報》(2025年03月05日 12版)