中国科学家创造超导体系“量子计算优越性”新纪录
记者今天（3日）从中国科学技术大学获悉，中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志等科研人员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，成功构建了105比特（包含105个可读取比特和182个耦合比特）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，“祖冲之三号”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15个数量级（10的15次方倍），超过谷歌2024年10月公开发表的最新成果6个数量级（10的6次方倍）。这一成果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，再一次打破超导体系量子计算优越性纪录。相关成果北京时间3月3日在国际学术期刊《物理评论快报》在线发表。
“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。
2019年，谷歌率先宣称实现量子计算优越性。谷歌53比特“悬铃木”处理器在200秒内完成的随机线路采样任务，用当时最快的超级计算机进行模拟需要约一万年。但在2023年，中国科学技术大学演示了更先进的经典算法，用1400余块A100 GPU仅需约14秒即可完成同样的任务；如果用“前沿”超算并配备更大的内存，则预计只需1.6秒即可完成。
此后，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学技术大学科研团队于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，中国科学技术大学研发的255光子“九章三号”量子优越性超越经典超算16个数量级（10的16次方倍）。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9个数量级（10的9次方倍）。
这一次，研究团队在66比特“祖冲之二号”的基础上，大幅提升了各项关键性能指标，实现了105个数据比特、182个耦合比特的“祖冲之三号”，量子比特相干时间达到72μs（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。
为测试其性能，团队在“祖冲之三号” 系统上完成了83比特32层的随机线路采样，以目前最优经典算法为比较标准，计算速度比最强超算快15个数量级（10的15次方倍），也超过2024年10月谷歌公开发表的最新成果6个数量级（10的6次方倍），为目前超导体系最强量子计算优越性。
△祖冲之三号芯片示意图，105个可读取比特和182个耦合比特集成在同一个芯片上执行量子随机线路采样任务。
