“祖冲之二”实现超导系统“量子计算优越性”

26日，记者从中国科学技术大学获悉，中国科学院量子信息与量子技术创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志组成的研究团队与中科院上海技术物理研究所合作，搭建了66位可编程超导量子计算样机“祖冲之二号”，实现了“量子随机线采样”任务的快速求解。相关论文分别发表于《物理评论快报》和《科学通报》。

量子计算的优越性是量子计算发展的第一个里程碑。为了达到这一里程碑，需要对50多个量子比特进行相干操作。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系统之一。潘建伟等人长期瞄准超导量子计算领域。基于祖冲之，团队采用全新的倒装3D封装工艺，解决了大规模位集成问题，成功研发出祖冲之II，实现了66个数据位、110个耦合位、11个读取通道的高密度集成，最大状态空间维度达到10次方到19次方。“祖冲之二”采用可调耦合架构，实现了比特间耦合强度的快速准确调整，显著提升了并行量子门运算的保真度。通过量子编程的手段，研究人员实现了量子随机电路的采样，并演示了“祖冲之二”执行任何量子算法的编程能力。

根据现有理论，“祖冲之二”处理的量子随机电路采样速度比目前最快的超级计算机快7个数量级，计算复杂度比谷歌公开报道的53位超导量子计算原型机“悬铃木”高6个数量级。这一成果是继光量子计算原型机“九章”之后，中国首次在超导量子比特系统中达到“量子计算优越性”的里程碑，使中国成为唯一同时在两个物理系统中达到这一里程碑的国家。

“祖冲之二”量子计算优越性的成功论证，为量子纠错和进一步实现通用量子计算奠定了基础。其并行高保真测量子门的控制能力和完全可编程性，有望在特定领域找到实际应用，包括量子机器学习、量子化学、量子近似优化等。