“祖沖之二號”實現超導體系“量子計算優越性”

科技日報合肥10月26日電 （記者吳長鋒）26日記者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與中科院上海技術物理研究所合作，構建了66比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”，實現了對“量子隨機線路取樣”任務的快速求解。相關成果論文日前分別發表在《物理評論快報》和《科學通報》上。

量子計算優越性，是量子計算發展的第一個里程碑，達到該里程碑需要相干操縱50個以上量子比特。超導量子比特是國際公認的有望實現可擴展量子計算的物理體系之一。潘建偉等長期瞄準超導量子計算領域，團隊在“祖沖之號”的基礎上，採用全新的倒裝焊3D封裝工藝，解決了大規模比特集成的問題，研製成功“祖沖之二號”，實現了66個數據比特、110個耦合比特、11路讀取的高密度集成，最大態空間維度達到了10的19次方。“祖沖之二號”採用可調耦合架構，實現了比特間耦合強度的快速、精確可調，顯著提高了並行量子門操作的保真度。通過量子編程的方式，研究人員實現了對量子隨機線路取樣，演示了“祖沖之二號”可用於執行任意量子算法的編程能力。

根據現有理論，“祖沖之二號”處理的量子隨機線路取樣問題的速度比目前最快的超級計算機快7個數量級，計算複雜度比谷歌公開報道的53比特超導量子計算原型機“懸鈴木”提高了6個數量級，這一成果是我國繼光量子計算原型機“九章”後在超導量子比特體系首次達到“量子計算優越性”里程碑，使我國成為目前唯一同時在兩種物理體系都達到這一里程碑的國家。

“祖沖之二號”量子計算優越性的成功演示，為量子糾錯並進一步實現通用量子計算奠定了基礎。其並行高保真度量子門操控能力和完全可編程能力，有望在特定領域找到有實用價值的應用，預期應用包括量子機器學習、量子化學、量子近似優化等。