原標題：中國成爲唯一在兩條技術路線上達到“量子優越性”里程碑國家 來源：澎湃新聞

10月26日，中國科學技術大學官網顯示，中科院量子信息與量子科技創新研究院潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊與中科院上海技術物理研究所合作構建的66比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”實現了量子計算優越性。

這一成果是我國繼光量子計算原型機“九章”後在超導量子比特體系首次達到“量子計算優越性”里程碑，使得我國成爲目前唯一同時在兩種物理體系都達到這一里程碑的國家。

祖沖之二號量子處理器圖

相關論文包括髮表《物理評論快報》的《Strong Quantum Computational Advantage Using a Superconducting Quantum Processor》（使用超導量子處理器實現強大的量子計算優越性）以及發佈在《科學通報》上的《Quantum Computational Advantage via 60-Qubit 24-Cycle Random Circuit Sampling》（通過60量子比特24週期隨機線路取樣實現量子計算優越性）。

量子計算發展有三步：第一是實現量子計算優越性，需要相干操縱50個以上量子比特；第二是製成實用量子模擬機，需要相干操縱數百到數千量子比特；最後，製成通用量子計算機，需要相干操縱數百萬量子比特。

“量子計算優越性”又叫“量子霸權”，量子計算發展的第一個里程碑。其含義是指量子計算機對特定問題的求解以壓倒性的速度超過任何經典計算機，以至於經典計算機無法在合理的時間內完成任務。

此項研究使用量子隨機線路取樣作爲衡量量子計算機整體能力的指標。“祖沖之二號”處理的量子隨機線路取樣問題的速度比目前最快的超級計算機快7個數量級，計算複雜度比谷歌公開報道的53比特超導量子計算原型機“懸鈴木”提高了6個數量級（“懸鈴木”處理“量子隨機線路取樣”問題比經典超算快2個數量級）。

量子隨機線路取樣保真度隨線路深度的變化及目前最快的超級計算機“富嶽”完成相同任務需要的時間

超導量子比特是國際公認的有望實現可擴展量子計算的物理體系之一。潘建偉、朱曉波、彭承志等長期瞄準超導量子計算領域，於2021年5月構建了當時國際上量子比特數目最多的62比特超導量子計算原型機“祖沖之號”，並實現了可編程的二維量子行走 [Science 372， 948 （2021）]。

團隊在“祖沖之號”的基礎上，採用全新的倒裝焊3D封裝工藝，解決了大規模比特集成的問題，研製成功“祖沖之二號”，實現了66個數據比特、110個耦合比特、11路讀取的高密度集成，最大態空間維度達到了1019。“祖沖之二號”採用可調耦合架構，實現了比特間耦合強度的快速、精確可調，可實現高保真單量子比特門（平均 99.86%）和雙量子比特門（99.41%）以及讀出（平均 95.48%），顯著提高了並行量子門操作的保真度。通過量子編程的方式，研究人員實現了對量子隨機線路取樣，演示了“祖沖之二號”可用於執行任意量子算法的編程能力。

根據目前已公開的最優化經典算法，“祖沖之二號”處理量子隨機線路取樣問題的速度比目前最快的超級計算機快7個數量級，計算複雜度較谷歌“懸鈴木”提高了6個數量級。

量子計算優越性的成功演示標誌着量子計算研究進入到發展的第二階段，開始量子糾錯和近期應用的探索。“祖沖之二號”採用二維網格比特排布芯片架構，直接兼容表面碼量子糾錯算法，爲量子糾錯並進一步實現通用量子計算奠定了基礎。同時，“祖沖之二號”的並行高保真度量子門操控能力和完全可編程能力，有望在特定領域找到有實用價值的應用，預期應用包括量子機器學習、量子化學、量子近似優化等。

論文鏈接：

https：//journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.180501

https：//www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927321006733