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由中國科學(xué)家研制的105個(gè)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(xiàn)上發(fā)表。超過(guò)谷歌于2024年10月發(fā)表于《自然》期刊的最新進(jìn)展——72比特“懸鈴木”處理器6個(gè)數量級，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(wèn)題求解上，表現出超越經(jīng)典計算機的能力，從而解決連超級計算機都無(wú)法在短時(shí)間內解決的計算任務(wù)。量子優(yōu)越性是量子計算具備應用價(jià)值的前提條件，也是當前一個(gè)國家量子計算研究實(shí)力的直接體現。 2019年，谷歌宣布其53比特“懸鈴木”量子處理器在200秒內完成了一項隨機線(xiàn)路采樣任務(wù)，并聲稱(chēng)憑此實(shí)現了量子計算的優(yōu)越性。然而，這一成果在2023年遇到中國科學(xué)家的有力挑戰。中國研究人員發(fā)展了更加先進(jìn)的經(jīng)典算法，利用A100 GPU僅用約17秒便完成了同樣的任務(wù)，推翻了谷歌當時(shí)關(guān)于量子優(yōu)勢的宣稱(chēng)。 2020年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)構建的“九章”光量子計算原型機利用光子路線(xiàn)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(gè)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(shí)現。 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(diǎn)任務(wù)之一是突破量子糾錯技術(shù)，為量子比特的大規模集成和操縱，進(jìn)而構建容錯通用量子計算機奠定基礎。表面碼是實(shí)現量子糾錯大規模擴展最成熟的方案。 2022年，中國科學(xué)家首先在“祖沖之二號”超導量子處理器上實(shí)現了碼距為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(shí)現了碼距為3和5的表面碼邏輯比特，首次展示了錯誤率隨著(zhù)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(shí)現了碼距為3、5和7的表面碼邏輯比特，并更為顯著(zhù)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，為集成和操縱大規模量子比特系統奠定了重要技術(shù)基礎。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)超導量子團隊正在基于“祖沖之三號”處理器開(kāi)展相關(guān)工作，計劃在數月內實(shí)現碼距為7的表面碼邏輯比特，并進(jìn)一步將碼距擴展到9和11，為實(shí)現大規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(jìn)一步優(yōu)化了設計與工藝，在比特數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(kāi)展綜合國力競爭的關(guān)注焦點(diǎn)之一。近幾年全球主要科技國家在量子計算領(lǐng)域的規劃布局持續加強，已有30余個(gè)國家開(kāi)展了以量子計算為重點(diǎn)的量子信息領(lǐng)域規劃布局。 來(lái)源：央視新聞 |
