中國科學(xué)家新發(fā)現(xiàn)！實現(xiàn)超導(dǎo)體系“量子計算優(yōu)越性”新紀錄

記者今天（3日）從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、朱曉波、彭承志等科研人員與上海量子科學(xué)研究中心、河南省量子信息與量子密碼重點實驗室、中國計量科學(xué)研究院、濟南量子技術(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個可讀取比特和182個耦合比特）超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之三號”，實現(xiàn)了對量子隨機線路采樣任務(wù)的快速求解，處理量子隨機線路采樣問題的速度比目前國際最快的超級計算機快千萬億倍，再次打破超導(dǎo)體系量子計算優(yōu)越性世界紀錄。相關(guān)成果北京時間3月3日在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》在線發(fā)表。

“量子計算優(yōu)越性”驗證了量子計算系統(tǒng)能夠超越傳統(tǒng)超級計算機的可行性，是量子計算具備應(yīng)用價值的前提條件，也是當前一個國家量子計算研究實力的直接體現(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，谷歌率先宣稱實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性。谷歌53比特“懸鈴木”處理器在200秒內(nèi)完成的隨機線路采樣任務(wù)，用當時最快的超級計算機進行模擬需要約一萬年。但在2023年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)演示了更先進的經(jīng)典算法，用1400余塊A100 GPU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)計只需1.6秒即可完成。

此后，以最優(yōu)經(jīng)典算法為比較標準，國際上首個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)科研團隊于2020年在“九章”光量子計算原型機上實現(xiàn)；而超導(dǎo)體系首個被嚴格證明的量子計算優(yōu)越性同樣由該研究團隊于2021年在“祖沖之二號”處理器上實現(xiàn)。2023年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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個數(shù)量級（10的16次方倍）。2024年10月，谷歌67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個數(shù)量級（10的9次方倍）。

這一次，研究團隊在66比特“祖沖之二號”的基礎(chǔ)上，大幅提升了各項關(guān)鍵性能指標，實現(xiàn)了105個數(shù)據(jù)比特、182個耦合比特的“祖沖之三號”，量子比特相干時間達到72μs（微秒），并行單比特門保真度達到99.90%，并行兩比特門保真度達到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。

為測試其性能，團隊在“祖沖之三號” 系統(tǒng)上完成了83比特32層的隨機線路采樣，以目前最優(yōu)經(jīng)典算法為比較標準，計算速度比最強超算快15個數(shù)量級（10的15次方倍），也超過2024年10月谷歌公開發(fā)表的最新成果6個數(shù)量級（10的6次方倍），為目前超導(dǎo)體系最強量子計算優(yōu)越性。