近期，全球量子計算領(lǐng)域迎來了兩項重大突破。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，成功實現(xiàn)了碼距最高為7的表面碼量子糾錯。緊接著，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團隊也在arXiv平臺上發(fā)布了我國在量子計算領(lǐng)域的新進展，推出了一款同樣擁有105個量子比特的超導(dǎo)量子計算機——“祖沖之三號”。
據(jù)實驗數(shù)據(jù)顯示，“祖沖之三號”在性能上超越了谷歌此前的“懸鈴木”量子計算機，后者在今年10月的《自然》雜志刊文中使用了72個量子比特。同時，“祖沖之三號”的各項性能指標(biāo)也與谷歌最新發(fā)布的“垂柳”達到了同一水平。這一成果標(biāo)志著中國在量子計算領(lǐng)域取得了重要進展。
參與“祖沖之三號”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家科研機構(gòu)，共有154名科研人員參與此次研究，彰顯了團隊合作在量子計算領(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”相較于其前代“祖沖之二號”，在量子比特數(shù)上有了顯著提升，從66個增加到105個。這一提升意味著其計算能力在理論上得到了顯著增強，能夠處理更為復(fù)雜的量子計算任務(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。
除了量子比特數(shù)的增加，“祖沖之三號”在保真度方面也取得了顯著進步。其單量子比特門保真度從“祖沖之二號”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”在計算過程中能夠保持更高的準(zhǔn)確性，從而提高了計算結(jié)果的可靠性。
“祖沖之三號”量子處理器由兩個使用倒裝芯片技術(shù)集成的藍寶石芯片組成，其中一個芯片上集成了105個量子比特和182個耦合器，另一個芯片則集成了所有控制線和讀取諧振器。這一設(shè)計使得“祖沖之三號”在硬件上具備了出色的性能。
在相干時間方面，“祖沖之三號”也取得了重要突破。其弛豫時間（T1）成功延長到72微秒，退相位時間（T_2,CPMG）則延長到58微秒。這一提升使得“祖沖之三號”在長時間的計算過程中能夠保持更高的穩(wěn)定性，從而提高了計算的效率。
“祖沖之三號”在讀取性能方面也取得了顯著進步。為了實現(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”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，研究人員還會執(zhí)行三輪測量，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態(tài)制備的影響，并縮短了每次采樣的持續(xù)時間。經(jīng)過這些優(yōu)化后，“祖沖之三號”的83個量子比特的平均讀取錯誤率被抑制到0.82%，進一步提高了其計算的準(zhǔn)確性。
