3月3日，据中国科学技术大学消息，该校潘建伟、朱晓波、彭承志等成功构建了105比特（包含105个可读取比特和182个耦合比特）超导量子计算原型机“祖冲之三号”，实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解。记者还了解到，济南量子技术研究院参与了其中部分核心部件制备。
祖冲之三号芯片示意图。105个可读取比特和182个耦合比特集成在同一个芯片上执行量子随机线路采样任务。
与现有最优经典算法相比，“祖冲之三号”处理的量子随机线路取样问题的速度比目前最快的超级计算机快15个数量级，超过谷歌2024年10月公开发表的最新成果6个数量级[Nature634,328(2024)]。这一成果是我国继超导量子计算原型机“祖冲之二号”达到超导量子计算体系最强量子计算优越性[PRL127,180501(2021),ScienceBulletin67,240(2022)]里程碑后，再一次打破超导体系量子计算优越性纪录。相关论文于北京时间3月3日以封面论文的形式发表在国际学术期刊《物理评论快报》上。
“量子计算优越性”验证了量子计算系统能够超越传统超级计算机的可行性，是量子计算具备应用价值的前提条件，也是当前一个国家量子计算研究实力的直接体现。在这一方面，中美是目前国际第一方阵，呈现交替领先的态势。
但在2023年，中国科大演示了更先进的经典算法，用1400余块A100GPU仅需约14秒即可完成同样的任务；如果用“前沿”超算并配备更大的内存，则预计只需1.6秒即可完成，因此谷歌当时的“量子计算优越性”宣称已被中国科大推翻。
以最优经典算法为比较标准，国际上首个被严格证明的量子计算优越性由中国科大于2020年在“九章”光量子计算原型机上实现；而超导体系首个被严格证明的量子计算优越性由本研究团队于2021年在“祖冲之二号”处理器上实现。2023年，中国科大研发的255光子“九章三号”量子优越性超越经典超算16个数量级。2024年10月，谷歌67比特超导量子处理器“悬铃木”量子优越性超越经典超算9个数量级。
研究团队在66比特“祖冲之二号”的基础上，大幅提升了各项关键性能指标，实现了105个数据比特、182个耦合比特的“祖冲之三号”，量子比特相干时间达到72us，并行单比特门保真度达到99.90%，并行两比特门保真度达到99.62%，并行读取保真度达到99.13%，综合性能达到国际领先水平。为测试其性能，团队在“祖冲之三号”系统上完成了83比特32层的随机线路采样，以目前最优经典算法为比较标准，计算速度比最强超算“前沿”快15个数量级，也超过去年十月谷歌公开发表的最新成果6个数量级，为目前超导体系最强量子计算优越性。
量子优越性是量子计算强大性能的综合体现，是近期应用探索和实现可拓展量子纠错的基础。在“祖冲之三号”取得最强“量子计算优越性”后，团队正继续开展量子纠错、量子纠缠、量子模拟、量子化学等多方面探索。“祖冲之三号”采用二维网格比特排布芯片架构，直接兼容易于实现规模化拓展的表面码量子纠错算法，目前团队正基于“祖冲之三号”开展码距为7的表面码纠错研究，已取得良好进展，并计划进一步将码距扩展到9和11，为实现大规模量子比特的集成和操纵铺平道路。
据悉，济南量子技术研究院在山东省、济南市的支持下，建成了国内首条最大规模、集成先进制程的超导量子处理器工艺线，正在开展基于超导体系的大规模表面码纠错研究，加快推进下一代高性能超导量子计算处理器的研发，全面推动量子计算从理论研究逐步走向实际应用，为我国量子信息科学领域的快速发展筑牢坚实根基。
