“祖冲之二号”成功实现“量子计算优越性”

中国成为唯一在两条技术路线上达到这一里程碑的国家

中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队与中科院上海技术物理研究所合作，构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解，求解速度比全球最快的超级计算机快1000万倍以上，计算复杂度比谷歌公开报道的53比特超导量子计算原型机“悬铃木”提高了6个数量级，这使得中国成为目前唯一在光量子和超导量子比特体系两条技术路线上达到“量子优越性”里程碑的国家。相关成果日前发表于《物理评论快报》和《科学通报》。

量子计算优越性是量子计算发展的第一个里程碑，是指量子计算机对特定问题的求解超越超级计算机。达到该里程碑需要相干操纵50个以上量子比特，超导量子比特是国际公认的有望实现可扩展量子计算的物理体系之一。

潘建伟、朱晓波、彭承志等长期瞄准超导量子计算领域，于今年5月构建了当时国际上量子比特数目最多的62比特超导量子计算原型机“祖冲之号”，并实现了可编程的二维量子行走 。

近期，该团队在“祖冲之号”的基础上，采用全新的倒装焊3D封装工艺，解决了大规模比特集成的问题，研制成功“祖冲之二号”，实现了66个数据比特、110个耦合比特、11路读取的高密度集成。“祖冲之二号”采用可调耦合架构，实现了比特间耦合强度的快速、精确可调，显著提高了并行量子门操作的保真度。通过量子编程的方式，研究人员实现了对量子随机线路取样，演示了“祖冲之二号”可用于执行任意量子算法的编程能力。根据目前已公开的最优化经典算法，“祖冲之二号”处理量子随机线路取样问题的速度比目前最快的超级计算机快1000万倍以上。

2019年和2020年，美国和中国相继推出量子计算原型机“悬铃木”和“九章”，实现了“量子优越性”，其中“九章”使用的是光量子技术路线。“祖冲之二号”的成功，使中国成为唯一在两条技术路线上实现“量子优越性”的国家。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.180501

https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.10.017