近期，全球量子計(jì)算領(lǐng)域迎來了兩項(xiàng)重要突破。首先，谷歌公司在知名科學(xué)期刊《自然》上發(fā)表了關(guān)于利用105比特超導(dǎo)量子處理器“垂柳”實(shí)現(xiàn)碼距最高為7的表面碼量子糾錯(cuò)的成果。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)布了我國自主研制的105個(gè)量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“祖沖之三號”的相關(guān)研究成果。

據(jù)對比數(shù)據(jù)顯示，“祖沖之三號”在性能上不僅優(yōu)于谷歌上一代的“懸鈴木”量子計(jì)算機(jī)，后者在今年10月的《自然》期刊上報(bào)道時(shí)采用了72個(gè)量子比特，而且其各項(xiàng)性能指標(biāo)均與谷歌最新發(fā)布的“垂柳”達(dá)到了同一水平。這一成就標(biāo)志著我國在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。

“祖沖之三號”的研發(fā)工作涉及多家科研單位，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)研究中心等九家機(jī)構(gòu)，共有154名科研人員參與了這項(xiàng)研究，凸顯了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。論文的共同第一作者包括Dongxin Gao、Daojin Fan和Chen Zha，而論文的通訊作者則是朱曉波教授和潘建偉院士。

“祖沖之三號”相較于其前代“祖沖之二號”，在量子比特?cái)?shù)上有了顯著提升，從66個(gè)增加到105個(gè)，這使其在計(jì)算能力上實(shí)現(xiàn)了理論上的飛躍，能夠應(yīng)對更為復(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)用提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，“祖沖之三號”在保真度方面也取得了進(jìn)步，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%。

“祖沖之三號”量子處理器采用了倒裝芯片技術(shù)，由兩個(gè)藍(lán)寶石芯片組成。其中一個(gè)芯片集成了105個(gè)量子比特和182個(gè)耦合器，另一個(gè)芯片則集成了所有的控制線和讀取諧振器。“祖沖之三號”在相干時(shí)間方面也有了顯著提高，弛豫時(shí)間（T1）延長至72微秒，退相位時(shí)間（T_2,CPMG）延長至58微秒。

讀取性能是“祖沖之三號”的另一大亮點(diǎn)。為了提高讀取速度和保真度，研究人員增強(qiáng)了量子比特與讀取諧振器之間的耦合強(qiáng)度，并將其調(diào)整到約130 MHz，同時(shí)將讀取諧振器的線寬調(diào)整到約10 MHz。在每次采樣任務(wù)前，研究人員還會(huì)執(zhí)行三輪測量，并應(yīng)用相應(yīng)的單量子比特門將量子比特重置為|0?態(tài)，以減少熱噪聲對態(tài)制備的影響，并縮短每次采樣的時(shí)間。經(jīng)過這些優(yōu)化，83個(gè)量子比特的平均讀取錯(cuò)誤率被成功抑制到0.82%。

這些技術(shù)上的突破，不僅展示了我國在量子計(jì)算領(lǐng)域的雄厚實(shí)力，也為未來的量子計(jì)算研究和應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和啟示。