建立量子計(jì)算優(yōu)勢(shì)新基準(zhǔn)

[本刊訊] 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授團(tuán)隊(duì)及其合作者在超導(dǎo)體系量子計(jì)算方面取得了新進(jìn)展。相關(guān)成果以“以基于105量子比特的‘祖沖之三號(hào)’處理器建立量子計(jì)算優(yōu)勢(shì)新基準(zhǔn)”為題，于3月3日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。

量子計(jì)算優(yōu)越性（Quantum Supremacy）是指量子計(jì)算機(jī)在特定任務(wù)上能夠超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的能力，主要體現(xiàn)在計(jì)算速度的加快、新算法的高效開(kāi)發(fā)等方面，因此對(duì)其驗(yàn)證是量子計(jì)算應(yīng)用價(jià)值的重要前提。中美在這一領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈，交替領(lǐng)先。2019年，谷歌首次宣布實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性，其53比特“懸鈴木”處理器在200秒內(nèi)完成的隨機(jī)線(xiàn)路采樣任務(wù)，模擬需約一萬(wàn)年。然而，2023年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)利用1400余塊A100 GPU僅用14秒完成同樣任務(wù)，推翻了谷歌的聲明。2020年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)上實(shí)現(xiàn)了國(guó)際首個(gè)嚴(yán)格證明的量子計(jì)算優(yōu)越性，2021年在“祖沖之二號(hào)”處理器上實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)體系的首個(gè)證明。2023年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研發(fā)的“九章三號(hào)”量子處理器在量子優(yōu)越性方面超越經(jīng)典超算16個(gè)數(shù)量級(jí)，而谷歌的67比特“懸鈴木”處理器在2024年10月實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典超算9個(gè)數(shù)量級(jí)。

研究團(tuán)隊(duì)在“祖沖之二號(hào)”的基礎(chǔ)上成功研發(fā)出“祖沖之三號(hào)”，實(shí)現(xiàn)了105個(gè)數(shù)據(jù)比特和182個(gè)耦合比特的顯著提升，量子比特相干時(shí)間達(dá)到72微秒，單比特門(mén)保真度為99.90%，兩比特門(mén)保真度為99.62%，并行讀取保真度為99.13%，綜合性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。在“祖沖之三號(hào)”上完成的83比特32層隨機(jī)線(xiàn)路采樣顯示，其計(jì)算速度比最強(qiáng)超算“前沿”快15個(gè)數(shù)量級(jí)，并超過(guò)谷歌最新成果6個(gè)數(shù)量級(jí)，展現(xiàn)出超導(dǎo)量子計(jì)算的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。該研究不僅為量子優(yōu)越性的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)，還為量子糾錯(cuò)、量子糾纏等領(lǐng)域的進(jìn)一步探索提供了重要支持。美國(guó)物理學(xué)會(huì)在《物理》（Physics）雜志上特別刊發(fā)觀點(diǎn)論文，強(qiáng)調(diào)該研究的創(chuàng)新性和重要意義，認(rèn)為其構(gòu)建了目前最高水準(zhǔn)的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，標(biāo)志著對(duì)66比特處理器的重大升級(jí)。

（方德聲）