日前(qian)，由188bet足球團(tuan)隊與國內相關科研院所合作構建的超(chao)導量(liang)(liang)子(zi)計算原型機(ji)“祖沖之三號”正式面世，刷新(xin)了超(chao)導量(liang)(liang)子(zi)計算體(ti)系最強(qiang)量(liang)(liang)子(zi)計算優越(yue)性里程碑，再度樹(shu)立(li)起(qi)超(chao)導賽道內的量(liang)(liang)子(zi)計算“最強(qiang)”新(xin)標桿。
“祖(zu)沖之三號”何以(yi)“最(zui)強(qiang)”？3月3日，中國金宝搏入口188科研團隊主要成員接受本報記者采訪，圍繞“祖(zu)沖之三號”進行深(shen)入解讀。
超越“懸鈴木”最新成果
量子(zi)(zi)(zi)計(ji)算優(you)越性，是量子(zi)(zi)(zi)計(ji)算發展的(de)第一個(ge)里程碑，目(mu)前(qian)實現量子(zi)(zi)(zi)優(you)越性的(de)量子(zi)(zi)(zi)計(ji)算機主要(yao)分為兩個(ge)體(ti)系(xi)(xi)，一個(ge)是光子(zi)(zi)(zi)體(ti)系(xi)(xi)，主要(yao)代(dai)表為“九章號(hao)(hao)”；另一個(ge)就是超導(dao)體(ti)系(xi)(xi)，主要(yao)代(dai)表為“祖(zu)沖之(zhi)號(hao)(hao)”和(he)“懸(xuan)鈴木”。二(er)者(zhe)主要(yao)的(de)差別是構建量子(zi)(zi)(zi)比(bi)特(te)的(de)方式不同，兩種體(ti)系(xi)(xi)各有(you)優(you)缺點，都有(you)非常優(you)秀(xiu)的(de)表現。
據(ju)介紹，“祖(zu)沖之三號”擁有105個(ge)量(liang)(liang)子(zi)(zi)比特，是目(mu)前(qian)實現量(liang)(liang)子(zi)(zi)優越性實驗的量(liang)(liang)子(zi)(zi)處理器中(zhong)擁有比特數目(mu)最多的超(chao)導量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算機。
其次(ci)是(shi)在具有如(ru)此多量子比特數(shu)量的(de)情(qing)況(kuang)下，其平均(jun)的(de)量子門(men)的(de)保(bao)真度以及讀(du)取保(bao)真度在大規模數(shu)量的(de)量子處(chu)理器中處(chu)于世(shi)界領先(xian)水平，單(dan)比特邏輯門(men)、兩比特邏輯門(men)和讀(du)取保(bao)真度分別為99.90%、99.62%、99.13%。
基于(yu)這兩點,“祖沖之三號”才能(neng)實(shi)(shi)現(xian)目(mu)前復雜度最(zui)高(gao)的(de)隨機線路(lu)采樣(yang)實(shi)(shi)驗。也正因(yin)如此，《物理評(ping)論快報》審(shen)稿人評(ping)價說“該超導量子(zi)計算機顯示了最(zui)先(xian)進的(de)性(xing)能(neng)”。
在對(dui)量子計算優越性的(de)追逐上，中美(mei)兩國自(zi)2019年以來，一直(zhi)在全球交(jiao)替領(ling)先。
2019年，美(mei)國(guo)谷(gu)(gu)歌(ge)公司率先(xian)宣稱實現量子計(ji)(ji)算(suan)(suan)優越性(xing)。谷(gu)(gu)歌(ge)53比特(te)“懸鈴木”處理器(qi)在200秒(miao)(miao)內完(wan)成(cheng)的(de)隨機線路采(cai)樣(yang)任(ren)務(wu)，用(yong)當時最快(kuai)的(de)超級計(ji)(ji)算(suan)(suan)機進行模擬需要約(yue)1萬(wan)年。但在2023年，中國(guo)金宝搏入口188演示(shi)了更先(xian)進的(de)經典算(suan)(suan)法，僅需約(yue)14秒(miao)(miao)即可(ke)完(wan)成(cheng)同樣(yang)的(de)任(ren)務(wu)；如果用(yong)“前沿”超算(suan)(suan)并配備(bei)更大的(de)內存，則(ze)預計(ji)(ji)只需1.6秒(miao)(miao)即可(ke)完(wan)成(cheng)。
此后，以最優(you)(you)經典(dian)算(suan)法為比(bi)較標準，國際上(shang)首(shou)個被嚴格證明的(de)量子(zi)(zi)(zi)計算(suan)優(you)(you)越(yue)性由中(zhong)國金宝搏入口188于(yu)2020年(nian)在“九章”光量子(zi)(zi)(zi)計算(suan)原型機上(shang)實(shi)現；而超(chao)(chao)導(dao)體系首(shou)個被嚴格證明的(de)量子(zi)(zi)(zi)計算(suan)優(you)(you)越(yue)性由中(zhong)國金宝搏入口188研(yan)究(jiu)團隊于(yu)2021年(nian)在“祖沖(chong)之(zhi)二(er)號”處理器上(shang)實(shi)現。2023年(nian)，中(zhong)國金宝搏入口188研(yan)發的(de)255光子(zi)(zi)(zi)“九章三號”量子(zi)(zi)(zi)優(you)(you)越(yue)性超(chao)(chao)越(yue)經典(dian)超(chao)(chao)算(suan)16個數量級(ji)。2024年(nian)10月，谷歌67比(bi)特(te)超(chao)(chao)導(dao)量子(zi)(zi)(zi)處理器“懸鈴木”量子(zi)(zi)(zi)優(you)(you)越(yue)性超(chao)(chao)越(yue)經典(dian)超(chao)(chao)算(suan)9個數量級(ji)。
如今，與美國谷歌67比特和70比特的“懸(xuan)鈴(ling)木”相比，“祖沖之三(san)號”不管是量子比特數目上(shang)還是性能上(shang)均有所超越，在隨機線路采樣(yang)實驗的復雜度上(shang)高(gao)出“懸(xuan)鈴(ling)木”6個數量級。
“祖沖之二號”的重大升級
關于“祖沖之三號”的(de)(de)相關論文，3月3日發表在(zai)國際學術期刊《物理評論快報(bao)》上。審稿人高(gao)度(du)評價(jia)這(zhe)一成果，認定它“是對此(ci)前66比特處理器(qi)（祖沖之二(er)號）的(de)(de)重大升級(ji)”。
據(ju)介紹(shao)，相比于2021年問世(shi)的“祖沖(chong)之二號”，“祖沖(chong)之三號”實現(xian)了量子比特數目、退(tui)相干時間、量子門保真(zhen)度、讀取保真(zhen)度等幾項關鍵性能指標的提升。
科學家(jia)們采用(yong)了(le)一(yi)個形(xing)象的(de)比喻，如果(guo)把量(liang)(liang)子處理(li)(li)(li)器比喻成一(yi)個超級大(da)腦，量(liang)(liang)子比特(te)就(jiu)是大(da)腦的(de)神(shen)經(jing)元(yuan)(yuan)，神(shen)經(jing)元(yuan)(yuan)越(yue)多，大(da)腦能(neng)夠處理(li)(li)(li)的(de)信(xin)(xin)息(xi)就(jiu)越(yue)復(fu)雜、越(yue)龐大(da)，也就(jiu)能(neng)夠解(jie)決更困難的(de)問題。量(liang)(liang)子比特(te)的(de)退相(xiang)干時(shi)間(jian)，類(lei)似于神(shen)經(jing)元(yuan)(yuan)能(neng)有效工作的(de)時(shi)間(jian)，退相(xiang)干時(shi)間(jian)越(yue)長能(neng)處理(li)(li)(li)的(de)信(xin)(xin)息(xi)也越(yue)復(fu)雜。量(liang)(liang)子門(men)的(de)保(bao)真(zhen)度(du)，可以理(li)(li)(li)解(jie)為(wei)神(shen)經(jing)元(yuan)(yuan)之間(jian)相(xiang)互傳遞信(xin)(xin)息(xi)的(de)正(zheng)確率(lv)，量(liang)(liang)子門(men)的(de)保(bao)真(zhen)度(du)越(yue)高(gao)，大(da)腦處理(li)(li)(li)信(xin)(xin)息(xi)時(shi)就(jiu)越(yue)不會出(chu)錯(cuo)(cuo)。讀(du)取(qu)保(bao)真(zhen)度(du)，可以理(li)(li)(li)解(jie)為(wei)大(da)腦處理(li)(li)(li)完信(xin)(xin)息(xi)后還(huan)需要輸出(chu)，讀(du)取(qu)保(bao)真(zhen)度(du)越(yue)高(gao)說明輸出(chu)過(guo)程(cheng)中出(chu)錯(cuo)(cuo)的(de)概(gai)率(lv)就(jiu)越(yue)小。
“祖(zu)沖之號(hao)”量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算總設計師(shi)、中國金宝搏入口188教授朱曉波(bo)(bo)表示，這些關鍵(jian)指標的(de)提升是(shi)多方面實(shi)現的(de)。首先是(shi)在量(liang)(liang)子(zi)(zi)處理(li)(li)器(qi)的(de)設計上(shang)(shang)做了(le)非(fei)常多的(de)研究以(yi)及嘗(chang)試，比(bi)如優化了(le)量(liang)(liang)子(zi)(zi)比(bi)特和耦合器(qi)電場分布，設計并采用了(le)三(san)級(ji)濾波(bo)(bo)器(qi)等。其(qi)次是(shi)量(liang)(liang)子(zi)(zi)處理(li)(li)器(qi)的(de)制(zhi)造上(shang)(shang)，采用了(le)一些新的(de)工藝，優化了(le)加工流程，提高(gao)了(le)處理(li)(li)器(qi)的(de)成品率等。控制(zhi)信號(hao)的(de)傳輸上(shang)(shang)也有非(fei)常重要的(de)改進，通過(guo)采用更高(gao)密度的(de)線(xian)纜才能(neng)實(shi)現高(gao)達(da)105個量(liang)(liang)子(zi)(zi)比(bi)特的(de)操縱(zong)。最后(hou)是(shi)通過(guo)對量(liang)(liang)子(zi)(zi)門以(yi)及讀(du)取(qu)錯誤模型更加深入的(de)理(li)(li)解，從而(er)完美地發(fa)揮(hui)量(liang)(liang)子(zi)(zi)處理(li)(li)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)。
為大規模量子比特集成鋪平道路
朱曉(xiao)波表(biao)示，“祖沖之三號”的意義(yi)是多方面的。
從技(ji)術層面(mian)上(shang)，它在量子(zi)比特數目上(shang)以及測控性能(neng)上(shang)具有非(fei)常大(da)的(de)突(tu)破，意(yi)味著它能(neng)夠(gou)處理更(geng)復雜(za)的(de)量子(zi)信息和執行更(geng)復雜(za)的(de)量子(zi)算法。
從科學(xue)層面上，它能夠推動進(jin)一步量(liang)子糾錯(cuo)的(de)研究，以及通(tong)用(yong)量(liang)子容錯(cuo)的(de)進(jin)展(zhan)；也能助力(li)近期應用(yong)的(de)研究，模擬更加復雜的(de)量(liang)子系統(tong)，推動量(liang)子化(hua)學(xue)模擬、藥物研發等領域的(de)發展(zhan)。
在“祖沖之三號”取得突破的基(ji)礎上，團隊近期計劃下(xia)一步(bu)繼續提高量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)機(ji)的比特(te)數目以及性(xing)能。遠期規劃則瞄準通(tong)用(yong)量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)機(ji)的終極目標——計劃在10年至15年建成包含(han)千邏輯(ji)量(liang)(liang)子(zi)(zi)比特(te)，具有糾錯能力(li)的量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)系(xi)統(tong)；同(tong)時構建完整的量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)生態(tai)體(ti)系(xi)，包括自(zi)主(zhu)可(ke)控的量(liang)(liang)子(zi)(zi)操作系(xi)統(tong)，形成從芯片制備(bei)到應用(yong)開(kai)發的全(quan)鏈條技術能力(li)。
“還要(yao)通過跨學科合作，推動量(liang)子計算(suan)在量(liang)子化(hua)學模(mo)擬(ni)、藥物研發等(deng)更多領(ling)域的(de)深(shen)度應用(yong)，最(zui)終形成具有國際競爭(zheng)力的(de)量(liang)子計算(suan)產業集群。”朱(zhu)曉波說。
科學(xue)家們堅定執著于對“量子(zi)計算(suan)優越性”的研究，不斷(duan)為量子(zi)計算(suan)理論發展(zhan)提供了實(shi)驗支撐，量子(zi)計算(suan)機才(cai)有(you)可(ke)(ke)能(neng)實(shi)現其(qi)實(shi)際應用(yong)價(jia)值，超越經典(dian)計算(suan)的量子(zi)計算(suan)應用(yong)場景才(cai)可(ke)(ke)能(neng)成功構建。
從現在看未(wei)來(lai)，當前的成(cheng)果距離廣泛實際應(ying)用之間還關(guan)山重重。如何進(jin)一(yi)步(bu)提升(sheng)量子(zi)(zi)比特的數量以(yi)及(ji)相(xiang)關(guan)性能(neng)，量子(zi)(zi)糾錯技(ji)術如何進(jin)一(yi)步(bu)持續發展，軟(ruan)件(jian)算法(fa)生態不完善，以(yi)及(ji)系統成(cheng)本高昂等，這些關(guan)鍵技(ji)術瓶(ping)頸都(dou)需要在未(wei)來(lai)重點突破(po)，從而推(tui)動量子(zi)(zi)計算從實驗室走向專(zhuan)業化(hua)應(ying)用。
發布時間(jian)：2025年(nian)3月(yue)6日(ri)
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