中国科大潘建伟团队发布105量子比特“祖冲之三号”最新成果

IT之家 12 月 17 日消息，12 月 9 日，谷歌公司在《自然》发表了利用 105 比特超导量子处理器“垂柳（Willow）”实现了码距最高为 7 的表面码量子纠错。

一周后的 12 月 17 日，中国科学技术大学潘建伟院士团队在 arXiv 平台上发布我国研制的具备 105 个量子比特的超导量子计算机“祖冲之三号”的相关成果。

实验数据显示，“祖冲之三号”的性能优于谷歌上一代的“悬铃木”（Sycamore，今年 10 月《自然》刊文结果中采用 72 个量子比特），各项性能指标也与谷歌刚发布的“垂柳”达到了同一量级。

除了中国科学技术大学，刊文单位还包括合肥微尺度物质科学国家研究中心、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院上海科学研究中心、合肥国家实验室、国盾量子公司、河南省量子信息与量子密码重点实验室、中国计量科学研究院、济南量子技术研究院、西安电子科技大学、中国科学院理论物理研究所，这项成果由来自 9 家科研单位的 154 名科研人员共同完成，凸显了合作的重要性。IT之家注意到，Dongxin Gao、Daojin Fan、Chen Zha 为论文共同第一作者，朱晓波教授、潘建伟院士为论文通讯作者。

▲谷歌悬铃木及其同期的祖冲之二号，还有最新的祖冲之三号性能指标对比

据介绍，“祖冲之三号”的量子比特数相比拥有 66 个量子比特的“祖冲之二号”提升至 105 个，从而使其计算能力在理论上有了显著的拓展，能够处理更为复杂的量子计算任务，为探索更大规模的量子算法和应用提供了可能。

同时，其保真度也实现了提升，“祖冲之二号”单量子比特门保真度约为 99.7%，“祖冲之三号”达到了 99.90%；“祖冲之二号”双量子比特门保真度约为 99.2%，“祖冲之三号”提升至 99.62%。

▲“祖冲之三号”量子处理器。

如图所示，“祖冲之三号”量子处理器由两个使用倒装芯片技术集成的蓝宝石芯片组成。其中一块芯片上集成了 105 个量子比特和 182 个耦合器，而另一块芯片上集成了所有控制线和读取谐振器。

据官方介绍，“祖冲之三号”量子处理器最重要的进步之一是提高了相干时间，成功将弛豫时间（T1）延长到 72μs，将退相位时间（T_2,CPMG）延长到 58μs。

此外，读取性能是祖冲之三号的另一项重大进步。为了实现高保真度的快速读取，研究人员将量子比特和读取谐振器之间的耦合强度提高到大约 130 MHz，并将读取谐振器的线宽调整到大约 10 MHz。

官方表示，在每次采样任务之前，研究人员会执行三轮测量，并施加相应的单量子比特门将量子比特重置为 | 0⟩态。这种方法减少了热噪声对态制备的影响，并缩短了每次采样的持续时间。经过这些优化后，83 个量子比特的平均读取错误率被抑制到 0.82%。

参考资料：