62比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”研制成功

從中國科學技術大學獲悉，該校中科院量子信息與量子科技創新研究院潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊，成功研制了62比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”，并在此基礎上實現了可編程的二維量子行走。相關研究成果于5月7日在線發表在國際學術期刊《科學》雜志上。

量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，相比經典計算機，其可望通過特定算法在一些具有重大社會和經濟價值的問題上實現指數級別的加速。超導量子計算作為最有希望實現可拓展量子計算的候選者之一，其核心目標是如何同步地增加所集成的量子比特數目以及提升超導量子比特性能，從而能夠高精度相干操控更多的量子比特，實現對特定問題處理速度上的指數加速，并最終應用于實際問題中。

潘建偉、朱曉波、彭承志等在前期工作的基礎上，自主研制二維結構超導量子比特芯片，成功構建了國際上超導量子比特數目最多、包含62個比特的可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”，并在該系統上成功進行了二維可編程量子行走的演示。研究團隊在二維結構的超導量子比特芯片上，觀察了單粒子及雙粒子激發情形下的量子行走現象，實驗研究了二維平面上量子信息傳播速度，同時通過調制量子比特連接的拓撲結構的方式構建馬赫—曾德爾干涉儀，實現了可編程的雙粒子量子行走。

該成果為在超導量子系統上實現量子優越性展示及可解決具有重大實用價值問題的量子計算研究奠定了技術基礎。此外，基于“祖沖之號”量子計算原型機的二維可編程量子行走在量子搜索算法、通用量子計算等領域具有潛在應用，將是后續發展的重要方向。

二維超導量子比特芯片示意圖, 每個橘色十字代表一個量子比特。