“祖沖之三號”?具備105個可讀取比特和182個耦合比特，處理量子隨機線路采樣問題的速度比目前最快的超級計算機快15個數量級，超過谷歌2024年10月公開發表的最新成果6個數量級。
3月3日消息，中國科學技術大學潘建偉、朱曉波、彭承志等科研團隊，聯合上海量子科學研究中心、河南省量子信息與量子密碼重點實驗室、中國計量科學研究院、濟南量子技術研究院、西安電子科技大學微電子學院以及中國科學院理論物理研究所等單位，成功構建了105比特超導量子計算原型機“祖沖之三號”，并在“量子隨機線路采樣”任務中實現了顯著的性能突破。這一成果標志著中國在超導量子計算領域取得了重大進展。相關論文于北京時間3月3日以封面論文的形式發表在國際學術期刊《物理評論快報》上。
“祖沖之三號”芯片示意圖 圖源：中國科學技術大學官網
與現有最優經典算法相比，“祖沖之三號” 具備105個可讀取比特和182個耦合比特，處理量子隨機線路采樣問題的速度比目前最快的超級計算機快15個數量級，超過谷歌2024年10月公開發表的最新成果6個數量級。這一成果是我國繼超導量子計算原型機“祖沖之二號”實現超導量子計算體系最強量子計算優越性后，再一次打破超導體系量子計算優越性紀錄。
“量子計算優越性”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。在這一方面，中美是目前國際第一方陣，呈現交替領先的態勢。
2019年，谷歌率先宣稱實現量子計算優越性。谷歌53比特“懸鈴木”處理器在200秒內完成的隨機線路采樣任務，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，中國科大演示了更先進的經典算法，用1400余塊A100 GPU僅需約14秒即可完成同樣的任務；如果用“前沿”超算并配備更大的內存，則預計只需1.6秒即可完成，因此谷歌當時的“量子計算優越性”宣稱已被中國科大推翻。
據悉，研究團隊在66比特“祖沖之二號”的基礎上，大幅提升了各項關鍵性能指標，實現了105個數據比特、182個耦合比特的“祖沖之三號”，量子比特相干時間達到72μs，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先水平。
為測試其性能，研究團隊在“祖沖之三號”系統上完成了83 比特 32 層的隨機線路采樣，以目前最優經典算法為比較標準，計算速度比最強超算快15個數量級，也超過去年十月谷歌公開發表的最新成果6個數量級，為目前超導體系最強量子計算優越性。
“‘祖沖之三號’采用二維網格比特排布芯片架構，直接兼容易于實現規模化拓展的表面碼量子糾錯算法，目前團隊正基于‘祖沖之三號’開展碼距為7的表面碼糾錯研究，已取得良好進展，并計劃進一步將碼距擴展到9和11，為實現大規模量子比特的集成和操縱鋪平道路。”朱曉波介紹。
“祖沖之三號”的問世是中國量子計算領域的一次重大突破，其性能超越了谷歌的“懸鈴木”處理器和最新的“垂柳”量子芯片，成為目前世界上最強的超導量子計算機之一。這一成果不僅為量子計算的應用提供了新的可能性，也為全球量子科技的發展注入了新的活力。
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