中國科學家新發現！實現超導體系“量子計算優越性”新紀錄

記者今天（3日）從中國科學技術大學獲悉，中國科學技術大學潘建偉、朱曉波、彭承志等科研人員與上海量子科學研究中心、河南省量子信息與量子密碼重點實驗室、中國計量科學研究院、濟南量子技術研究院、西安電子科技大學微電子學院以及中國科學院理論物理研究所等單位合作，成功構建了105比特（包含105個可讀取比特和182個耦合比特）超導量子計算原型機“祖沖之三號”，實現了對量子隨機線路采樣任務的快速求解，處理量子隨機線路采樣問題的速度比目前國際最快的超級計算機快千萬億倍，再次打破超導體系量子計算優越性世界紀錄。相關成果北京時間3月3日在國際學術期刊《物理評論快報》在線發表。

“量子計算優越性”驗證了量子計算系統能夠超越傳統超級計算機的可行性，是量子計算具備應用價值的前提條件，也是當前一個國家量子計算研究實力的直接體現。在這一方面，中美是目前國際第一方陣，呈現交替領先的態勢。

2019年，谷歌率先宣稱實現量子計算優越性。谷歌53比特“懸鈴木”處理器在200秒內完成的隨機線路采樣任務，用當時最快的超級計算機進行模擬需要約一萬年。但在2023年，中國科學技術大學演示了更先進的經典算法，用1400余塊A100 GPU僅需約14秒即可完成同樣的任務；如果用“前沿”超算并配備更大的內存，則預計只需1.6秒即可完成。

此后，以最優經典算法為比較標準，國際上首個被嚴格證明的量子計算優越性由中國科學技術大學科研團隊于2020年在“九章”光量子計算原型機上實現；而超導體系首個被嚴格證明的量子計算優越性同樣由該研究團隊于2021年在“祖沖之二號”處理器上實現。2023年，中國科學技術大學研發的255光子“九章三號”量子優越性超越經典超算16個數量級（10的16次方倍）。2024年10月，谷歌67比特超導量子處理器“懸鈴木”量子優越性超越經典超算9個數量級（10的9次方倍）。

這一次，研究團隊在66比特“祖沖之二號”的基礎上，大幅提升了各項關鍵性能指標，實現了105個數據比特、182個耦合比特的“祖沖之三號”，量子比特相干時間達到72μs（微秒），并行單比特門保真度達到99.90%，并行兩比特門保真度達到99.62%，并行讀取保真度達到99.13%，綜合性能達到國際領先水平。

為測試其性能，團隊在“祖沖之三號” 系統上完成了83比特32層的隨機線路采樣，以目前最優經典算法為比較標準，計算速度比最強超算快15個數量級（10的15次方倍），也超過2024年10月谷歌公開發表的最新成果6個數量級（10的6次方倍），為目前超導體系最強量子計算優越性。