由中国科学家研制的105个量子比特的“祖冲之三号”量子计算机于2024年12月17日在arXiv线上发表。超过谷歌于2024年10月发表于《自然》期刊的最新进展——72比特“悬铃木”处理器6个数量级，为目前超导量子计算的最强优越性。
图为“祖冲之三号”超导量子计算芯片示意图。
“量子计算优越性”是指量子计算机需要在特定的问题求解上，表现出超越经典计算机的能力，从而解决连超级计算机都无法在短时间内解决的计算任务。量子优越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。
2019年，谷歌宣布其53比特“悬铃木”量子处理器在200秒内完成了一项随机线路采样任务，并声称凭此实现了量子计算的优越性。然而，这一成果在2023年遇到中国科学家的有力挑战。中国研究人员发展了更加先进的经典算法，利用A100 GPU仅用约17秒便完成了同样的任务，推翻了谷歌当时关于量子优势的宣称。
2020年，中国科学技术大学构建的“九章”光量子计算原型机利用光子路线首次严格证明了量子计算优越性。之后在2021年，超导体系首个被严格证明的量子计算优越性在“祖冲之二号”处理器上实现。至此，中国成为目前世界上唯一在两种物理体系达到“量子计算优越性”里程碑的国家。
达到“量子计算优越性”里程碑之后，当前量子计算研究的重点任务之一是突破量子纠错技术，为量子比特的大规模集成和操纵，进而构建容错通用量子计算机奠定基础，表面码是实现量子纠错大规模扩展最成熟的方案。
2022年，中国科学家首先在“祖冲之二号”超导量子处理器上实现了码距为3的表面码量子纠错，首次验证了表面码方案的可行性。2023年，谷歌实现了码距为3和5的表面码逻辑比特，首次展示了错误率随着码距的增加而下降。2024年12月的最新工作中，谷歌利用“垂柳”处理器实现了码距为3、5和7的表面码逻辑比特，并更为显著地降低了逻辑比特的错误率，从原理上验证了表面码方案的扩展性，为集成和操纵大规模量子比特系统奠定了重要技术基础。
中国科学技术大学超导量子团队正在基于“祖冲之三号”处理器开展相关工作，计划在数月内实现码距为7的表面码逻辑比特，并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。“祖冲之三号”超导量子计算机在前代的基础上，进一步优化了设计与工艺，在比特数与性能上面都有了全方位的提升，各项性能指标与“垂柳”处理器旗鼓相当。
来源: 央视新闻客户端
编辑：庞 鹏
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