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由中國科學家研制的105個量子比特的“祖沖之三號”量子計算機于2024年12月17日在arXiv線上發(fā)表。超過谷歌于2024年10月發(fā)表于《自然》期刊的最新進展——72比特“懸鈴木”處理器6個數(shù)量級，為 目前超導量子計算的最強優(yōu)越性。 “量子計算優(yōu)越性”是指量子計算機需要在特定的問題求解上，表現(xiàn)出超越經(jīng)典計算機的能力，從而解決連超級計算機都無法在短時間內(nèi)解決的計算任務。量子優(yōu)越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(xiàn)。 2019年，谷歌宣布其53比特“懸鈴木”量子處理器在200秒內(nèi)完成了一項隨機線路采樣任務，并聲稱憑此實現(xiàn)了量子計算的優(yōu)越性。然而，這一成果在2023年遇到中國科學家的有力挑戰(zhàn)。中國研究人員發(fā)展了更加先進的經(jīng)典算法，利用A100 GPU僅用約17秒便完成了同樣的任務，推翻了谷歌當時關于量子優(yōu)勢的宣稱。 2020年，中國科學技術大學構建的“九章”光量子計算原型機利用光子路線首次嚴格證明了量子計算優(yōu)越性。之后在2021年，超導體系首個被嚴格證明的量子計算優(yōu)越性在“祖沖之二號”處理器上實現(xiàn)。 至此，中國成為目前世界上唯一在兩種物理體系達到“量子計算優(yōu)越性”里程碑的國家。 達到“量子計算優(yōu)越性”里程碑之后，當前量子計算研究的重點任務之一是突破量子糾錯技術，為量子比特的大規(guī)模集成和操縱，進而構建容錯通用量子計算機奠定基礎。表面碼是實現(xiàn)量子糾錯大規(guī)模擴展最成熟的方案。 2022年，中國科學家首先在“祖沖之二號”超導量子處理器上實現(xiàn)了碼距為3的表面碼量子糾錯，首次驗證了表面碼方案的可行性。2023年，谷歌實現(xiàn)了碼距為3和5的表面碼邏輯比特，首次展示了錯誤率隨著碼距的增加而下降。2024年12月的最新工作中，谷歌利用“垂柳”處理器實現(xiàn)了碼距為3、5和7的表面碼邏輯比特，并更為顯著地降低了邏輯比特的錯誤率，從原理上驗證了表面碼方案的擴展性，為集成和操縱大規(guī)模量子比特系統(tǒng)奠定了重要技術基礎。 中國科學技術大學超導量子團隊正在基于“祖沖之三號”處理器開展相關工作，計劃在數(shù)月內(nèi)實現(xiàn)碼距為7的表面碼邏輯比特，并進一步將碼距擴展到9和11，為實現(xiàn)大規(guī)模量子比特的集成和操縱鋪平道路。 “祖沖之三號”超導量子計算機在前代的基礎上，進一步優(yōu)化了設計與工藝，在比特數(shù)與性能上面都有了全方位的提升，各項性能指標與“垂柳”處理器旗鼓相當。 量子計算已成為全球主要國家之間開展綜合國力競爭的關注焦點之一。近幾年全球主要科技國家在量子計算領域的規(guī)劃布局持續(xù)加強，已有30余個國家開展了以量子計算為重點的量子信息領域規(guī)劃布局。 來源：央視新聞 |
