中国科学家研制105量子比特祖冲之三号量子计算机超越谷歌最新进展

△“祖冲三号”超导量子计算芯片示意图

“量子计算优势”是指量子计算机在解决特定问题时需要展现出超越经典计算机的能力，从而解决连超级计算机都无法在短时间内解决的计算任务。量子优越性是量子计算具备应用价值的前提，也是一个国家当前量子计算研究实力的直接体现。

2019年，谷歌宣布其53位“Platanus”量子处理器在200秒内完成了随机线采样任务，声称已经实现了量子计算的优越性。不过，这一成果将在2023年遭遇来自中国科学家的强劲挑战。中国研究人员开发了更先进的经典算法，并使用A100 GPU仅用了约17秒就完成了同样的任务，推翻了谷歌当时声称的量子优势。

2020年，中国科学技术大学建成的“九章”光量子计算原型机利用光子路线，首次严格证明了量子计算的优越性。随后在2021年，在“祖冲二号”处理器上实现了超导系统首次经过严格验证的量子计算优越性。至此，中国成为全球唯一在两个物理系统达到“量子计算优势”里程碑的国家。

在达到“量子计算优势”这一里程碑之后，当前量子计算研究的重点任务之一是突破量子纠错技术，为量子比特的大规模集成和操纵奠定基础，构建容错的通用量子电脑。表面码是实现量子纠错大规模扩展的最成熟​​的解决方案。

2022年，我国科学家首次在“祖冲二号”超导量子处理器上实现了码距为3的表面码量子纠错，首次验证了表面码方案的可行性。 2023年，谷歌实现了码距为3和5的表面码逻辑位，首次证明了错误率随着码距的增加而降低。谷歌在2024年12月的最新工作中，利用“垂柳”处理器实现了码距为3、5、7的表面码逻辑位，更显着地降低了逻辑位的错误率，验证了原理的可扩展性表面编码方案为大规模量子比特系统的集成和操控奠定了重要的技术基础。

中国科学技术大学超导量子团队正在基于“祖冲三号”处理器开展相关工作，计划在几个月内实现码距为7的表面码逻辑位，并进一步将码距延伸至9和11，为实现大规模量子位的集成和操控铺平道路。 “祖冲三号”超导量子计算机在上一代基础上进一步优化设计和工艺，实现了位数和性能的全面提升。各项性能指标均可与“垂柳”处理器相媲美。

量子计算已成为世界主要国家综合国力竞争的焦点之一。近年来，世界主要科技国家不断加强在量子计算领域的规划和布局。已有30多个国家启动了以量子计算为重点的量子信息领域规划和布局。