最近，根據報道，日本超級計算機“富岳”在“TOP500”、“HPCG”、“HPL-AI”、“Graph500”四大榜單中連續三期排名世界第一。

反觀國內，量子計算領域新將“祖沖之號”也有著不俗表現。

既5月初登上Science后，中科大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所研發的“祖沖之號”超導量子計算系統再次實現突破。

6月28日，在這篇名為《利用超導量子處理器實現量子計算優越性》的文章中，中科大團隊宣稱，使用“祖沖之號”超導量子計算系統中的56個qubit，實現了比當年谷歌Sycamore處理器53個qubit強2~3個數量級的量子優越性。

文章還指出，“祖沖之號”將現存功能最強大的超級計算機需8年完成的任務樣本壓縮至最短1.2小時完成，從而證明了量子計算的巨大優越性。

論文鏈接：

https://arxiv.org/abs/2106.14734

“祖沖之號”實現了優于谷歌的量子優越性

首先，我們來解決一個問題，量子比特數量最多意味著什么。

引用一下中國科學院科學傳播研究中心副主任袁嵐峰的說法，“首先它實現的事情是量子隨機行走，它營造出了62個國際象棋棋盤上的空間，用這樣一個模型，它可以實現通用量子計算。也就是說，量子計算能夠實現的任何功能和計算任務都可以通過這樣一種方式來實現”。

回到論文，如下圖所示，可以看到，當量子比特數只有15個的時候，運行10個循環，總的操控保真度控制在20-30%之間。

相較于谷歌Sycamore，當量子比特數目只有12個左右的時候，運行14個循環，總的操控保真度不到40%。

對于操控保真度來說，如果低于50%，那就相當于錯誤比正確多。因此在這個意義上，“祖沖之號”的確要優于Sycamore。

同時，“祖沖之號”實現了平均99.86%的高保真度單量子比特門，和平均99.41%的雙量子比特門，以及95.48%的輸出。

根據知乎用戶國產小栗旬的整理，從5個維度對世界上最頂尖的可編程量子計算機進行了橫向對比，并表示，“祖沖之號排進世界Top3絕對沒有問題”。

在比特數、門保真度和相干時間上，“祖沖之號”都超過了谷歌目前已發表的水平。

“單看這三個指標，基本可以宣布朱老師的超導系統是當之無愧的國內Top1，在世界上甚至可以排進Top3，直接對標谷歌、IBM這些工業巨頭的量子計算機。”

列表中的數據基于已發表的論文和帶有詳細參數的官方通稿。IONQ QV 400萬系統由于沒有給出詳細參數所以未被列入其中，九章由于暫時不可編程所以未被列入其中，量子點體系由于qubit數目暫時比較少所以未被列入其中。

對于“祖沖之號”的命名，研究團隊共同通訊作者、中國科學技術大學上海研究院教授朱曉波表示，這是為了紀念我國杰出的數學家祖沖之。祖沖之首次將圓周率精算到小數第七位，他提出的“祖率”對數學研究有重大貢獻。

在大尺度晶格上首次實現量子行走的實驗觀測

其實，早在5月，潘建偉團隊就已經研制出了全球超導量子比特數量最多的量子計算原型機“祖沖之號”，這也宣告著全球最大量子比特數的超導量子體系的誕生。

題為《在可編程二維62比特量子處理器上的量子行走》的論文也得以在Science上發表。

論文鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6545/948/tab-pdf

量子行走是經典隨機行走的量子力學模擬，是實現量子模擬、量子搜索算法甚至通用量子計算極為強大的工具。

“祖沖之號”可操縱的超導量子比特多達62個，而此前谷歌實現 “量子優越” 的Sycamore的53個量子比特。研究團隊在大尺度晶格上首次實現了量子行走的實驗觀測，并實現對量子行走構型的精準調控，構建了可編程的雙粒子量子行走。

正如論文寫到：“我們設計和制造了一個由62個功能性量子位比特組成的8x8二維方形超導量子位陣列。我們使用該設備演示了高保真單粒子和兩個粒子的量子步態。”

但朱曉波教授也曾在多個公開場合就特別說明，不能以數量多來判斷量子計算機的性能，還需要考慮量子比特的質量，操控情況等。

二維超導量子比特芯片示意圖, 每個橘色十字代表一個量子比特。

由于量子處理器的高度可編程性，研究者還研制出Mach-Zehnder干涉儀。“通過調整進化路徑上的障礙，我們觀察到了單行和雙行的干擾條紋，”研究團隊在論文中寫道，“我們的工作是該領域的重要里程碑，使未來的大規模量子應用更接近在這些嘈雜的中型量子處理器上實現”。

網友：中國趕超水平令人驚嘆

對此網友們也是表達了自己的驚訝和贊嘆。

知乎網友Golden Horqin就表示，“作為國內的半個同行，考慮到這篇文章背后的技術——立體封裝、可調耦合、高質量超導量子比特，也是由衷非常欽佩的。國內其他同行可能倍感壓力吧，他們和潘院士團隊的距離也許比潘院士團隊和谷歌公司的距離還要大”。

鏈接：

https://www.zhihu.com/question/468741820/answer/1970232086

知乎匿名用戶甚至把科大和谷歌的比拼視為“俠客過招”，“谷歌先出招，科大先用自己國際領先的光量子抵擋了一招，然后再用對手的一模一樣的招，以其人之道還制其人之身”。

該用戶還補充到，“九章最讓人激動人心的是中國的科學原創，一路領先。祖沖之號讓人激動的是，中國趕超水平令人驚嘆”。

知乎網友國產小栗旬感嘆道：

朱老師從剛來到中科大到現在也才不過五六年的時間，卻走完了Google Quantum Lab原老板John Martinis十多年的路。朱老師團隊在不到 Google 1/2的時間，不足1/2的人數和不足1/10的經費的條件下，仍然能做到超越Google的水平。

正值中國共產黨建黨100周年紀念，“祖沖之號”的進步無疑是中國的驕傲，也希望能順著這股勢頭，國內可以涌現更多強大的科研團隊，在不同的領域各自開花散葉。