超导量子计算新突破：“祖冲之三号”量子芯片亮相

“祖冲之三号”超导量子计算芯片示意图

近日，中国科学技术大学与其他研究团队共同推出了全新的“祖冲之三号”超导量子计算机，这一设备搭载了105个量子比特，在高保真度操作方面表现卓越，标志着中国在量子计算领域取得了重大进展。这一新量子芯片不仅在性能上超越了谷歌的“悬铃木”处理器，树立了量子计算的崭新基准，预示着全球量子计算研究的未来将愈加激烈。

“祖冲之三号”展现了出色的单量子比特门、双量子比特门和读出保真度，分别达到99.90%、99.62%和99.18%。这种高保真度的操作确保了量子信息传输的准确性，使得复杂量子计算得以实现。此外，研究团队利用该量子计算机进行的随机线路采样基准测试显示，其效率极为惊人——据估算，当前最强超级计算机Frontier需要约6.4×10⁹年才能完成与之相同的任务。“祖冲之三号”的问世，为量子计算的优越性提供了实实在在的证据。

在设计上，“祖冲之三号”采用了先进的倒装芯片技术，由两个集成蓝宝石芯片构成，整合了105个量子比特和182个耦合器。量子比特数量的大幅提升及相干时间、弛豫时间和退相位时间的显著增加，使得其计算能力得到了质的飞跃。具体而言，其弛豫时间达到72μs，退相位时间为58μs，这些指标的提升都为量子计算机在实际应用时提供了更加稳定的性能。

随着量子计算优越性里程碑的达成，研究重心逐渐转向了量子纠错技术。量子纠错是实现大规模量子计算的关键，其中“表面码”方案被广泛认为是该领域最成熟的解决方案之一。潘建伟院士及其团队已在“祖冲之二号”超导量子处理器上成功实现了由17个量子比特组成的码距为3的表面码逻辑比特，证明了量子纠错的可行性。而“祖冲之三号”的推出，将为团队进一步研究表面码和实现更大码距的逻辑比特奠定基础。

在“祖冲之三号”的研发过程中，朱晓波教授作为该项目的总师，积极推动可扩展的超导量子计算研究。其前期成果包括创造了超导量子比特最大纠缠数目的纪录，并成功研发出“祖冲之一号”和“祖冲之二号”等量子计算原型机。此次“祖冲之三号”的问世，不仅彰显了朱晓波教授及其团队的创新能力，也为全球量子计算的发展注入了新的动力。

从“祖冲之二号”到“祖冲之三号”，可见量子计算技术的迅猛进步。新的处理器无疑在多个关键指标上超越了它的前身，如量子比特数量、操作保真度，甚至相干时间等。这样的技术进步不仅在量子计算领域带来了新的可能性，也为解决现实中的复杂问题提供了更多的思路。

展望未来，中国的量子计算研究将在全球范围内继续发光发热。随着“祖冲之三号”及之后的更多量子计算机的问世，我们有理由相信，人类将在自身面临的许多计算挑战以及复杂的科学问题上，获得全新的解法。这一切标志着量子计算从理论走向现实，激发了全球对量子技术未来发展的热情与期待。