在当今世界的高端计算领域，量子计算正在飞速发展，其正以不可思议的计算速度在多个赛道逐步超越传统超算。而在全球的量子计算发展水平上来看，中美两国已分别建立“量子霸权（量子计算优越性）”，并且正在并肩引领世界量子计算的发展方向。
据新华网3月3日报道，从中国科学技术大学传来振奋人心的消息，该校潘建伟、朱晓波、彭承志等科学家团队成功构建了105比特超导量子计算原型机“祖冲之三号”。这一里程碑式的成就不仅标志着我国在量子计算领域取得了重大突破，而且再次打破了超导体系量子计算优越性的世界纪录，将量子计算的实用化进程向前推进了一大步。
据悉，“祖冲之三号”在处理量子随机线路采样问题时，其速度比目前国际最快的超级计算机快千万亿倍。这一惊人成果于3月在国际知名学术期刊《物理评论快报》上发表，审稿人高度评价其“构建了目前最高水准的超导量子计算机”。
量子计算被誉为下一代信息革命的关键技术，其核心在于利用量子比特的叠加态和纠缠态，实现计算能力的指数级增长。量子计算优越性则是量子计算实用化的前提条件，它验证了量子计算机在特定问题上超越传统计算机的可行性。这一优势的体现，不仅是一个国家量子计算研究实力的象征，更为未来量子通信、量子加密等领域的发展奠定了坚实基础。
祖冲之三号属于超导量子计算机，“九章”系列则是光量子计算机，超导和光量子计算机在物理载体、运行环境、技术挑战和应用场景等方面均存在显著差异。但两者各有优势，未来量子计算领域的发展可能需要两者的深度融合与协作。
回顾历史，2021年潘建伟团队已成功构建了66比特的超导量子计算原型机“祖冲之二号”，在量子随机线路采样问题上取得了比当时全球最快超级计算机快1000万倍以上的成绩。而此次“祖冲之三号”的研制成功，则是在此基础上的又一次重大飞跃。新机型不仅包含了105个可读取比特和182个耦合比特，还在多项关键性能指标上实现了大幅提升。
在测试中，“祖冲之三号”成功完成了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，其计算速度不仅远超当前最快的超级计算机，而且比2024年10月谷歌公开发表的量子计算机芯片最新成果（代表美国目前最高水平）还快百万倍。这一结果无疑为国际超导体系中的量子计算优越性树立了新的标杆。
祖冲之三号都有哪些核心技术的突破呢？主要体现在以下几个方面：
一、量子比特规模与性能的大幅提升
祖冲之三号包含了105个可读取比特和182个耦合比特，这一规模在超导量子计算机中属于领先水平。更重要的是，其核心性能指标如双比特门保真度、单比特门保真度以及读取保真度均实现了显著提升。具体而言，双比特门保真度达到了99.62%，单比特门保真度高达99.90%，读取保真度也达到了99.13%。这些指标的提升，使得祖冲之三号在处理量子信息时具有更高的准确性和稳定性。
二、快速求解量子随机线路采样问题
祖冲之三号的另一大核心技术突破在于其快速求解量子随机线路采样问题的能力。在83比特、32层深度的随机线路采样实验中，祖冲之三号仅需数百秒即可完成的任务，而经典超算则需要耗时约10亿年才能完成。这一表现不仅远超当前最快超算，也将谷歌发布的72比特“悬铃木”处理器甩开多个数量级。这一突破验证了量子计算在处理复杂计算问题上的巨大潜力。
三、二维网格拓扑结构与量子纠错算法
祖冲之三号还采用了二维网格拓扑结构，这一结构兼容表面码纠错算法，为大规模量子纠错奠定了基础。量子纠错是量子计算实用化的关键之一，因为量子比特相比传统比特更容易受到环境噪声的干扰而导致错误。祖冲之三号的这一技术突破，有助于提升量子计算的稳定性和可靠性。
可见，祖冲之三号在量子比特规模与性能、快速求解量子随机线路采样问题以及二维网格拓扑结构与量子纠错算法等方面均实现了核心技术突破。这些突破不仅巩固了我国在量子计算领域的领先地位，也为全球量子计算的发展注入了新的活力。
国际学界主流观点认为，量子计算的发展需经历“三步走”战略。第一步是实现量子计算优越性，这一步我国已经通过“祖冲之二号”和“祖冲之三号”的成功研制得以完成。第二步是研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机，解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用价值的问题。而第三步则是大幅提高量子比特的操纵精度、集成数量和容错能力，研制可编程的通用量子计算机。
“祖冲之三号”的成功研制，不仅巩固了我国在量子计算领域的领先地位，更为全球量子计算的发展注入了新的活力。对于“祖冲之三号”的后续研究方向，科研团队表示正在量子纠错、量子纠缠、量子模拟、量子化学等多方面加快探索。朱晓波教授透露，团队正在开展码距为7的表面码纠错研究，并计划在取得进展后扩展到9和11，为实现大规模量子比特的集成和操纵铺平道路。
消息来源：《光明网》3月3日报道《打破世界纪录，我国科学家成功研制祖冲之三号》
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