建立量子計算優(yōu)勢新基準

[本刊訊] 中國科學技術大學潘建偉教授團隊及其合作者在超導體系量子計算方面取得了新進展。相關成果以“以基于105量子比特的‘祖沖之三號’處理器建立量子計算優(yōu)勢新基準”為題，于3月3日發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

量子計算優(yōu)越性（Quantum Supremacy）是指量子計算機在特定任務上能夠超越經(jīng)典計算機的能力，主要體現(xiàn)在計算速度的加快、新算法的高效開發(fā)等方面，因此對其驗證是量子計算應用價值的重要前提。中美在這一領域競爭激烈，交替領先。2019年，谷歌首次宣布實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性，其53比特“懸鈴木”處理器在200秒內完成的隨機線路采樣任務，模擬需約一萬年。然而，2023年，中國科學技術大學利用1400余塊A100 GPU僅用14秒完成同樣任務，推翻了谷歌的聲明。2020年，中國科學技術大學在“九章”光量子計算原型機上實現(xiàn)了國際首個嚴格證明的量子計算優(yōu)越性，2021年在“祖沖之二號”處理器上實現(xiàn)了超導體系的首個證明。2023年，中國科學技術大學研發(fā)的“九章三號”量子處理器在量子優(yōu)越性方面超越經(jīng)典超算16個數(shù)量級，而谷歌的67比特“懸鈴木”處理器在2024年10月實現(xiàn)超越經(jīng)典超算9個數(shù)量級。

研究團隊在“祖沖之二號”的基礎上成功研發(fā)出“祖沖之三號”，實現(xiàn)了105個數(shù)據(jù)比特和182個耦合比特的顯著提升，量子比特相干時間達到72微秒，單比特門保真度為99.90%，兩比特門保真度為99.62%，并行讀取保真度為99.13%，綜合性能達到國際領先水平。在“祖沖之三號”上完成的83比特32層隨機線路采樣顯示，其計算速度比最強超算“前沿”快15個數(shù)量級，并超過谷歌最新成果6個數(shù)量級，展現(xiàn)出超導量子計算的強大優(yōu)勢。該研究不僅為量子優(yōu)越性的實現(xiàn)奠定基礎，還為量子糾錯、量子糾纏等領域的進一步探索提供了重要支持。美國物理學會在《物理》（Physics）雜志上特別刊發(fā)觀點論文，強調該研究的創(chuàng)新性和重要意義，認為其構建了目前最高水準的超導量子計算機，標志著對66比特處理器的重大升級。

（方德聲）