这种新的超导原型量子处理器取得了与 Google 的新型 Willow QPU 相媲美的基准测试结果。

祖冲之 的最新版本包括 105 个 transmon 量子比特，这些设备由钽、铌和铝等金属制成，对噪声的敏感性较低。 （图片来源：D. Gao et al. [2]）

中国的研究人员开发了一种量子处理单元 （QPU），它比地球上最好的超级计算机快 1 千万亿 （10¹⁵） 倍。

合肥中国科学技术大学 （USTC） 的科学家表示，这种被称为“磨冲之 3.0”的新型原型 105 量子比特芯片使用超导量子比特，代表了量子计算向前迈出的重要一步。

它与谷歌最新的 Willow QPU 在 2024 年 12 月设定的基准测试结果相媲美，该结果使科学家能够在基于实验室的基准测试中声称量子霸权——量子计算机比最快的超级计算机更有能力。

在 3 月 3 日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上的一项新研究中说，科学家们使用该处理器在短短几百秒内完成了广泛使用的量子计算随机电路采样 （RSC） 基准测试的任务。

这项 83 量子比特、32 层随机电路采样任务的完成速度也比 Google 上一代 Sycamore 芯片（于 2024 年 10 月发布）设定的结果快了 100 万倍。相比之下，Frontier 是世界上速度第二快的超级计算机，它只能在 59 亿年内完成相同的任务

尽管结果表明 QPU 能够实现量子霸权，但所使用的特定 RCS 基准测试偏向于量子方法。此外，驱动经典计算的经典算法的改进可能会缩小差距，就像 2019 年谷歌科学家首次宣布量子计算机的性能优于经典计算机一样——这是 RSC 基准测试的首次使用。

科学家们在研究中说：“我们的工作不仅推动了量子计算的前沿，还为量子处理器在应对复杂的现实挑战方面发挥重要作用的新时代奠定了基础。

与 Google 最好的量子处理器相媲美

祖冲之的最新版本包括 105 个 transmon 量子比特——由钽、铌和铝等金属制成的设备，这些金属对噪声的敏感性较低——位于 15 x 7 的矩形晶格中。它建立在以前的芯片之上，该芯片包括 66 个量子比特。

相干时间是量子计算在现实世界中生存能力的最重要领域之一，这是衡量量子比特可以保持其叠加并利用量子力学定律并行执行计算的时间的指标。更长的相干时间意味着可以进行更复杂的作和计算。

另一个重大改进是门保真度和量子纠错，这一直是构建有用的量子计算机的障碍。门保真度衡量量子门执行其预期作的准确度，其中量子门类似于经典逻辑门，对一个或多个量子比特执行特定作，纵其量子状态。更高保真度的量子比特意味着更少的错误和更准确的计算。

祖冲之 3.0 的性能具有令人印象深刻的 99.90% 的并行单量子比特门保真度和 99.62% 的并行双量子比特门保真度。Google 的 Willow QPU 略胜一筹，结果分别为 99.97% 和 99.86%。

科学家们在研究中表示，这些改进在很大程度上是由于工程改进而可能的，包括制造方法的改进和更好的量子比特设计。例如，最新版本使用钽和铝以光刻方式定义了量子比特组件，并通过铟凸块倒装芯片工艺粘合。这提高了准确性并最大限度地减少了污染。