近期，全球量子計(jì)算領(lǐng)域迎來了兩項(xiàng)重大突破。先是谷歌公司在《自然》雜志上發(fā)表研究成果，宣布利用名為“垂柳”的105比特超導(dǎo)量子處理器，成功實(shí)現(xiàn)了碼距最高為7的表面碼量子糾錯(cuò)。緊接著，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)也在arXiv平臺(tái)上發(fā)布了我國在量子計(jì)算領(lǐng)域的新進(jìn)展，推出了一款同樣擁有105個(gè)量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)——“祖沖之三號(hào)”。

據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，“祖沖之三號(hào)”在性能上超越了谷歌此前的“懸鈴木”量子計(jì)算機(jī)，后者在今年10月的《自然》雜志刊文中使用了72個(gè)量子比特。同時(shí)，“祖沖之三號(hào)”的各項(xiàng)性能指標(biāo)也與谷歌最新發(fā)布的“垂柳”達(dá)到了同一水平。這一成果標(biāo)志著中國在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。

參與“祖沖之三號(hào)”研究的單位包括中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院上海科學(xué)研究中心等9家科研機(jī)構(gòu)，共有154名科研人員參與此次研究，彰顯了團(tuán)隊(duì)合作在量子計(jì)算領(lǐng)域的重要性。論文的共同第一作者包括Dongxin Gao、Daojin Fan和Chen Zha，而朱曉波教授和潘建偉院士則擔(dān)任論文的通訊作者。

“祖沖之三號(hào)”相較于其前代“祖沖之二號(hào)”，在量子比特?cái)?shù)上有了顯著提升，從66個(gè)增加到105個(gè)。這一提升意味著其計(jì)算能力在理論上得到了顯著增強(qiáng)，能夠處理更為復(fù)雜的量子計(jì)算任務(wù)，為探索更大規(guī)模的量子算法和應(yīng)用提供了有力支持。

除了量子比特?cái)?shù)的增加，“祖沖之三號(hào)”在保真度方面也取得了顯著進(jìn)步。其單量子比特門保真度從“祖沖之二號(hào)”的99.7%提升至99.90%，雙量子比特門保真度則從99.2%提升至99.62%。這些提升使得“祖沖之三號(hào)”在計(jì)算過程中能夠保持更高的準(zhǔn)確性，從而提高了計(jì)算結(jié)果的可靠性。

“祖沖之三號(hào)”量子處理器由兩個(gè)使用倒裝芯片技術(shù)集成的藍(lán)寶石芯片組成，其中一個(gè)芯片上集成了105個(gè)量子比特和182個(gè)耦合器，另一個(gè)芯片則集成了所有控制線和讀取諧振器。這一設(shè)計(jì)使得“祖沖之三號(hào)”在硬件上具備了出色的性能。

在相干時(shí)間方面，“祖沖之三號(hào)”也取得了重要突破。其弛豫時(shí)間（T1）成功延長(zhǎng)到72微秒，退相位時(shí)間（T_2,CPMG）則延長(zhǎng)到58微秒。這一提升使得“祖沖之三號(hào)”在長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)算過程中能夠保持更高的穩(wěn)定性，從而提高了計(jì)算的效率。

“祖沖之三號(hào)”在讀取性能方面也取得了顯著進(jìn)步。為了實(shí)現(xiàn)高保真度的快速讀取，研究人員將量子比特和讀取諧振器之間的耦合強(qiáng)度提高到約130兆赫，并將讀取諧振器的線寬調(diào)整到約10兆赫。這一優(yōu)化使得“祖沖之三號(hào)”在讀取過程中能夠減少誤差，提高讀取的準(zhǔn)確性。

在每次采樣任務(wù)之前，研究人員還會(huì)執(zhí)行三輪測(cè)量，并施加相應(yīng)的單量子比特門將量子比特重置為|0?態(tài)。這一方法有效地減少了熱噪聲對(duì)態(tài)制備的影響，并縮短了每次采樣的持續(xù)時(shí)間。經(jīng)過這些優(yōu)化后，“祖沖之三號(hào)”的83個(gè)量子比特的平均讀取錯(cuò)誤率被抑制到0.82%，進(jìn)一步提高了其計(jì)算的準(zhǔn)確性。