中國(guó)科大潘建偉團(tuán)隊(duì)發(fā)布105量子比特“祖沖之三號(hào)”最新成果

IT之家 12 月 17 日消息，12 月 9 日，谷歌公司在《自然》發(fā)表了利用 105 比特超導(dǎo)量子處理器“垂柳（Willow）”實(shí)現(xiàn)了碼距最高為 7 的表面碼量子糾錯(cuò)。

一周后的 12 月 17 日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)在 arXiv 平臺(tái)上發(fā)布我國(guó)研制的具備 105 個(gè)量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“祖沖之三號(hào)”的相關(guān)成果。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，“祖沖之三號(hào)”的性能優(yōu)于谷歌上一代的“懸鈴木”（Sycamore，今年 10 月《自然》刊文結(jié)果中采用 72 個(gè)量子比特），各項(xiàng)性能指標(biāo)也與谷歌剛發(fā)布的“垂柳”達(dá)到了同一量級(jí)。

除了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，刊文單位還包括合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院上海科學(xué)研究中心、合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、國(guó)盾量子公司、河南省量子信息與量子密碼重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院、濟(jì)南量子技術(shù)研究院、西安電子科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所，由來自 9 家科研單位的 154 名科研人員共同完成，凸顯了合作的重要性。IT之家注意到，Dongxin Gao、Daojin Fan、Chen Zha 為論文共同第一作者，朱曉波教授、潘建偉院士為論文通訊作者。

▲ 谷歌懸鈴木及其同期的祖沖之二號(hào)，還有最新的祖沖之三號(hào)性能指標(biāo)對(duì)比

據(jù)介紹，祖沖之二號(hào)擁有 66 個(gè)量子比特，祖沖之三號(hào)的量子比特?cái)?shù)提升至 105 個(gè)，這使得其計(jì)算能力在理論上有了顯著的拓展，能夠處理更為復(fù)雜的量子計(jì)算任務(wù)，為探索更大規(guī)模的量子算法和應(yīng)用提供了可能。

其保真度也實(shí)現(xiàn)了提升，“祖沖之二號(hào)”單量子比特門保真度約為 99.7%，“祖沖之三號(hào)”達(dá)到了 99.90%；“祖沖之二號(hào)”雙量子比特門保真度約為 99.2%，“祖沖之三號(hào)”提升至 99.62%。

▲ “祖沖之三號(hào)”量子處理器。

如圖所示，“祖沖之三號(hào)”量子處理器由兩個(gè)使用倒裝芯片技術(shù)集成的藍(lán)寶石芯片組成。其中一塊芯片上集成了 105 個(gè)量子比特和 182 個(gè)耦合器，而另一塊芯片上集成了所有控制線和讀取諧振器。

據(jù)官方介紹，“祖沖之三號(hào)”量子處理器最重要的進(jìn)步之一是提高了相干時(shí)間，成功將弛豫時(shí)間（T1）延長(zhǎng)到 72μs，將退相位時(shí)間（T_2,CPMG）延長(zhǎng)到 58μs。

此外，讀取性能是祖沖之三號(hào)的另一項(xiàng)重大進(jìn)步。為了實(shí)現(xiàn)高保真度的快速讀取，研究人員將量子比特和讀取諧振器之間的耦合強(qiáng)度提高到大約 130 MHz，并將讀取諧振器的線寬調(diào)整到大約 10 MHz。

官方表示，在每次采樣任務(wù)之前，研究人員會(huì)執(zhí)行三輪測(cè)量，并施加相應(yīng)的單量子比特門將量子比特重置為 | 0?態(tài)。這種方法減少了熱噪聲對(duì)態(tài)制備的影響，并縮短了每次采樣的持續(xù)時(shí)間。經(jīng)過這些優(yōu)化后，83 個(gè)量子比特的平均讀取錯(cuò)誤率被抑制到 0.82%。

參考資料：