紧随谷歌脚步！中国团队发布量子计算机祖冲之三号，性能远超传统超算

2024年12月17日，中国科研团队在量子计算领域取得重大进展，中国科技大学潘建伟、朱晓波团队在预印本平台arXiv上传论文，发布了我国自主研发的具有105个量子比特的超导量子计算机“祖冲之三号”。

这篇论文的标题为《使用105量子比特“祖冲之三号”处理器建立量子计算优势的新基准测试》（Establishing a New Benchmark in Quantum Computational Advantage with 105-qubit Zuchongzhi 3.0 Processor），朱晓波、潘建伟为论文通讯作者。中国科学技术大学、合肥微尺度物质科学国家研究中心、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院上海科学研究中心等共9家科研机构的共154名科研人员参与了本次研究。

使用105量子比特“祖冲之三号”处理器建立量子计算优势的新基准测试

据论文介绍，相比于“祖冲之二号”，“祖冲之三号”有了重大的改进，这种改进主要提升在量子比特（qubits）的数量和质量两个方面。

量子比特是量子计算的核心要素，其数量和质量直接影响量子处理器的计算能力和性能，祖冲之三号”的量子比特数相比拥有66个量子比特的“祖冲之二号”提升至105个，同时具有极高的保真度操控能力，可以处理更复杂的量子计算任务。相比于“祖冲之二号”，“祖冲之三号”的单量子比特门保真度由99.7%提升至99.90%，双量子比特门保真度由99.2%提升至99.62%，读取保真度由98.1%提升至99.18%。

更多的量子比特数量使得能够处理更复杂的量子信息和执行更复杂的量子算法，而高精度的操作能保证计算结果的可靠性，两者结合起来就能让量子计算在处理各类任务时更具优势，从而不断拓展其能力边界。

祖冲之三号

研究团队在该处理器上进行随机量子电路采样实验，采用了 83 个量子比特、32次循环的随机线路采样实验，该任务规模比谷歌之前所实现随机电路采样规模更大。祖冲之三号仅用几百秒就采集到了上百万个样本，而同样的任务在当今最先进的超级计算机Frontier上则需要6.4X10^9年。

论文中给出了两种不同的场景来进行计算成本估计。一种场景是以Frontier超级计算机实际的内存量 9.2 PB（1PB = 1024TB，是衡量计算机存储容量的单位）为基础进行考虑。另一种场景则是把Frontier的实际内存和它所有的存储容量加起来，得到762.2PB来进行估算，不过后者在实际中并不现实，因为通常很难将所有存储都完全当作内存来使用，会受到计算机架构、数据管理等诸多因素限制。无论在哪种情况中，祖冲之三号都展现出了远超传统超算的实力。

该研究进一步凸显了量子计算机在处理特定复杂任务时的高效性和独特优势，目前中国科学技术大学超导量子团队正在基于“祖冲之三号”处理器开展相关工作，计划在数月内实现码距为7的表面码逻辑比特，并进一步将码距扩展到9和11，为实现大规模量子比特的集成和操纵铺平道路。