“祖冲之三号”打破超导量子计算优越性纪录，比传统超算快千万亿倍

本报讯记者近日从中国科学技术大学获悉，我国科学家成功构建了105比特超导量子计算原型机“祖冲之三号”，实现了对“量子随机线路采样”任务的快速求解。与现有最优经典算法相比，其处理量子随机线路采样问题的速度比目前最快的超级计算机快千万亿倍(即15个数量级)，是目前超导体系所能达到的最强量子计算优越性。

这是我国继超导量子计算原型机“祖冲之二号”实现超导量子计算体系最强量子计算优越性后，再次打破超导量子计算优越性纪录。该成果3月3日以封面论文形式发表于国际权威学术期刊《物理评论快报》上。

“祖冲之三号”的研发团队阵容强大，由中国科学技术大学教授潘建伟、朱晓波、彭承志等，与上海量子科学研究中心、河南省量子信息与量子密码重点实验室、中国计量科学研究院、济南量子技术研究院、西安电子科技大学微电子学院以及中国科学院理论物理研究所等单位合作完成。

“量子计算优越性”验证了量子计算系统能够超越传统超级计算机的可行性，是量子计算具备应用价值的前提条件，也是当前一个国家量子计算研究实力的直接体现。在这一方面，中美是目前国际第一方阵，呈现交替领先的态势。

以最优经典算法为比较标准，国际上首个被严格证明的量子计算优越性由中国科大团队于2020年在“九章”光量子计算原型机上实现；而超导体系首个被严格证明的量子计算优越性同样由该研究团队于2021年在“祖冲之二号”处理器上实现。2023年，中国科大研发的255光子“九章三号”量子优越性超越经典超算亿亿倍。2024年10月，谷歌67比特超导量子处理器“悬铃木”量子优越性超越经典超算十亿倍(9个数量级)。同年12月，中国科学家团队就在国际知名的预印本平台arXiv上发布了“祖冲之三号”量子计算机研制成功的消息。

“‘祖冲之三号’的速度比谷歌‘悬铃木’还要快100万倍。”朱晓波介绍，在“祖冲之二号”66比特的基础上，“祖冲之三号”各项关键性能指标得到大幅提升，它包含105个可读取的数据比特和182个耦合比特，量子比特相干时间达到72微秒，并行单比特门保真度达到99.90%，并行两比特门保真度达到99.62%，并行读取保真度达到99.13%，综合性能达到国际领先水平。

杂志审稿人对“祖冲之三号”给予高度评价，认为这项工作“构建了目前最高水准的超导量子计算机”。鉴于该项研究的重要性，美国物理学会同期在《物理》杂志上特别刊发观点论文。

取得最强“量子计算优越性”后，“祖冲之三号”团队正在继续开展量子纠错、量子纠缠、量子模拟、量子化学等多方面探索。朱晓波介绍，“祖冲之三号”采用二维网格比特排布芯片架构，直接兼容易于实现规模化拓展的表面码量子纠错算法。目前，团队正基于“祖冲之三号”开展码距为7的表面码纠错研究，已取得良好进展，并计划进一步将码距扩展到9和11，为实现大规模量子比特的集成和操纵铺平道路。