【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】中國科學技術(shù)大學中國科學院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊，與中科院上海技術(shù)物理研究所合作，構(gòu)建了66比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”，實現(xiàn)了對“量子隨機線路取樣”任務的快速求解。根據(jù)現(xiàn)有理論，“祖沖之二號”處理的量子隨機線路取樣問題的速度比目前最快的超級計算機快7個數(shù)量級，計算復雜度比谷歌公開報道的53比特超導量子計算原型機“懸鈴木”提高了6個數(shù)量級(“懸鈴木”處理“量子隨機線路取樣”問題比經(jīng)典超算快2個數(shù)量級)，這一成果是我國繼光量子計算原型機“九章”后在超導量子比特體系首次達到“量子計算優(yōu)越性”里程碑，使我國成為目前唯一同時在兩種物理體系都達到這一里程碑的國家。相關論文發(fā)表在《物理評論快報》和《科學通報》上。
 

　　量子計算機對特定問題的求解超越超級計算機，即量子計算優(yōu)越性，是量子計算發(fā)展的第一個里程碑，達到該里程碑需要相干操縱50個以上量子比特。超導量子比特是國際公認的有望實現(xiàn)可擴展量子計算的物理體系之一。潘建偉、朱曉波、彭承志等長期瞄準超導量子計算領域，于2021年5月構(gòu)建了當時國際上量子比特數(shù)目最多的62比特超導量子計算原型機“祖沖之號”，并實現(xiàn)了可編程的二維量子行走【Science 372, 948 (2021)】。
 

　　科研團隊在“祖沖之號”的基礎上，采用全新的倒裝焊3D封裝工藝，解決了大規(guī)模比特集成的問題，研制成功“祖沖之二號”，實現(xiàn)了66個數(shù)據(jù)比特、110個耦合比特、11路讀取的高密度集成，最大態(tài)空間維度達到了1019。“祖沖之二號”采用可調(diào)耦合架構(gòu)，實現(xiàn)了比特間耦合強度的快速、精確可調(diào)，顯著提高了并行量子門操作的保真度。通過量子編程的方式，研究人員實現(xiàn)了對量子隨機線路取樣，演示了“祖沖之二號”可用于執(zhí)行任意量子算法的編程能力。根據(jù)目前已公開的最優(yōu)化經(jīng)典算法，“祖沖之二號”處理量子隨機線路取樣問題的速度比目前最快的超級計算機快7個數(shù)量級，計算復雜度較谷歌“懸鈴木”提高了6個數(shù)量級。
 

　　量子計算優(yōu)越性的成功演示，標志著量子計算研究進入到發(fā)展的第二階段，開始量子糾錯和近期應用的探索。“祖沖之二號”采用二維網(wǎng)格比特排布芯片架構(gòu)，直接兼容表面碼量子糾錯算法，為量子糾錯并進一步實現(xiàn)通用量子計算奠定了基礎。同時，“祖沖之二號”的并行高保真度量子門操控能力和完全可編程能力，有望在特定領域找到有實用價值的應用，預期應用包括量子機器學習、量子化學、量子近似優(yōu)化等。
 

　　研究工作得到安徽省、上海市、科技部和中科院的支持。