中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、朱曉波、彭承志等與多個(gè)科研單位合作，成功構(gòu)建了105比特超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之三號”，實(shí)現(xiàn)了對“量子隨機(jī)線路采樣”任務(wù)的快速求解。該原型機(jī)包含105個(gè)可讀取比特和182個(gè)耦合比特，處理量子隨機(jī)線路采樣問題的速度比目前最快的超級計(jì)算機(jī)快15個(gè)數(shù)量級，超過谷歌2024年10月發(fā)表的最新成果6個(gè)數(shù)量級。相關(guān)論文于北京時(shí)間3月3日以封面論文的形式發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》上。

量子計(jì)算優(yōu)越性驗(yàn)證了量子計(jì)算系統(tǒng)能夠超越傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)的可行性，是量子計(jì)算具備應(yīng)用價(jià)值的前提條件，也是當(dāng)前一個(gè)國家量子計(jì)算研究實(shí)力的直接體現(xiàn)。2019年，谷歌宣稱實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性，但2023年中國科大展示了更先進(jìn)的經(jīng)典算法，推翻了谷歌當(dāng)時(shí)的宣稱。此后，中國科大在“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)和“祖沖之二號”處理器上相繼實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算優(yōu)越性。2023年，“九章三號”量子優(yōu)越性超越經(jīng)典超算16個(gè)數(shù)量級；2024年10月，谷歌67比特超導(dǎo)量子處理器“懸鈴木”量子優(yōu)越性超越經(jīng)典超算9個(gè)數(shù)量級。

研究團(tuán)隊(duì)在66比特“祖沖之二號”的基礎(chǔ)上，大幅提升了各項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了105個(gè)數(shù)據(jù)比特、182個(gè)耦合比特的“祖沖之三號”。該系統(tǒng)量子比特相干時(shí)間達(dá)到72μs，并行單比特門保真度達(dá)到99.90%，并行兩比特門保真度達(dá)到99.62%，并行讀取保真度達(dá)到99.13%。為測試其性能，團(tuán)隊(duì)在“祖沖之三號”系統(tǒng)上完成了83比特32層的隨機(jī)線路采樣，計(jì)算速度比最強(qiáng)超算快15個(gè)數(shù)量級，也超過去年十月谷歌公開發(fā)表的最新成果6個(gè)數(shù)量級，為目前超導(dǎo)體系最強(qiáng)量子計(jì)算優(yōu)越性。

量子優(yōu)越性是量子計(jì)算強(qiáng)大性能的綜合體現(xiàn)，是近期應(yīng)用探索和實(shí)現(xiàn)可拓展量子糾錯(cuò)的基礎(chǔ)?！白鏇_之三號”采用二維網(wǎng)格比特排布芯片架構(gòu)，直接兼容易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化拓展的表面碼量子糾錯(cuò)算法。目前團(tuán)隊(duì)正基于“祖沖之三號”開展碼距為7的表面碼糾錯(cuò)研究，已取得良好進(jìn)展，并計(jì)劃進(jìn)一步將碼距擴(kuò)展到9和11，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子比特的集成和操縱鋪平道路。

《物理評論快報(bào)》審稿人認(rèn)為這一工作“構(gòu)建了目前最高水準(zhǔn)的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)”，“是對此前66比特處理器（祖沖之二號）的重大升級”。美國物理學(xué)會同期在《物理》雜志上特別刊發(fā)觀點(diǎn)論文，深入解讀并重點(diǎn)介紹了該研究的創(chuàng)新之處與重要意義。