潘建偉團隊再次展示量子計算優(yōu)越性！“祖沖之號”1.2小時(shí)就能完成超算8年計算量

潘建偉團隊宣稱(chēng)又一次實(shí)現了“量子計算優(yōu)越性”！

世界最強的超級計算機8年才能完成的任務(wù)，用“祖沖之號”量子計算機最短1.2個(gè)小時(shí)就能實(shí)現。

這距離我國2020年12月4日首次實(shí)現量子計算優(yōu)越性，僅僅過(guò)去了7個(gè)月。

這項工作由潘建偉、朱曉波、彭承志帶隊完成，相關(guān)論文預印版已上傳至arXiv上。

這次的“祖沖之號”與當年谷歌宣稱(chēng)實(shí)現量子霸權的Sycamore量子計算機，都采用了超導量子計算。

這是目前最有希望實(shí)現可拓展量子計算的候選者之一。

其核心目標是如何同步地增加所集成的量子比特數目以及提升超導量子比特性能，從而能夠高精度相干操控更多的量子比特，實(shí)現對特定問(wèn)題處理速度上的指數加速。

總而言之就是一個(gè)字——快。

“祖沖之號”使用56個(gè)量子比特，就比Google Sycamore量子計算機53個(gè)量子比特強2~3個(gè)數量級的量子優(yōu)越性。

所以論文以“Strong quantum computational advantage”為題，代表更能證明量子計算的優(yōu)越性。

此外，此次“祖沖之號”可以稱(chēng)得上是2.0版本，在量子相干時(shí)間等方面都有了很大的提升。

祖沖之號于今年5月剛剛研制成功，并在此基礎上實(shí)現編程的二維量子行走，論文發(fā)表在當月Nature上。

這次祖沖之號所用的量子處理器由66個(gè)Transmon量子比特組成，比5月剛研制成功時(shí)又增加了4個(gè)。

這些量子比特排列成11*6的晶格。

Transmon本質(zhì)上是一種非線(xiàn)性振蕩器，其非線(xiàn)性來(lái)源于超導約瑟夫效應。非線(xiàn)性振蕩器的最低兩個(gè)能級被挑出來(lái)，就形成一個(gè)量子比特。

兩個(gè)量子比特之間由一個(gè)頻率更高的Transmon連接作為耦合器，可以快速調整相鄰的量子比特之間的耦合強度。

這樣的量子處理器的實(shí)現了高保真的單量子比特門(mén)（保真度平均99.86%）和雙量子比特門(mén)（平均99.41%），以及95.48%的讀出。

為了驗證量子處理器的性能，團隊選取了其中的56個(gè)量子比特進(jìn)行20個(gè)周期的隨機量子電路采樣任務(wù)，創(chuàng )造了挑戰經(jīng)典計算機的新紀錄。

值得一提的是，在中科****布此次成果后的第二天，IBM也宣布了在量子領(lǐng)域的下一步計劃。

他們宣布，將在2023年之前建立一個(gè)有1211個(gè)量子比特的系統；未來(lái)將向100萬(wàn)以上量子比特的系統發(fā)起挑戰。

全球量子計算領(lǐng)域的激烈競爭，可見(jiàn)一斑。

2019年，谷歌最早宣布實(shí)現“量子霸權”。

他們宣稱(chēng)，利用Sycamore量子計算機的53個(gè)量子比特，可以在200秒內處理世界超算1萬(wàn)年才能完成的任務(wù)。

不過(guò)這一結論很快遭到了IBM研究人員的質(zhì)疑，并在arXiv上刊出了他們的成果。

IBM在文章中指出，利用他們的方法，經(jīng)典超級計算機可以在2.5天內以更高的保真度完成相同的計算任務(wù)。

2020年12月4日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)布使用76個(gè)光子的量子計算機“九章”，并宣布實(shí)現量子優(yōu)越性。

由此，我國成為全球第二個(gè)實(shí)現“量子優(yōu)越性”的國家。

不過(guò)，“九章”量子計算機目前還不能通用于玻色采樣以外的其他計算，不具備通用性?！白鏇_之號”所應用的超導量子計算更有希望在實(shí)際中應用。

近年來(lái)，谷歌、IBM等公司紛紛對外宣稱(chēng)成功開(kāi)發(fā)出了大數量（50以上）量子比特的量子計算原型機。

但實(shí)現量子計算的關(guān)鍵參數不僅僅是量子比特數量，還有系統的保真度。

隨著(zhù)量子比特數量和循環(huán)次數的增加，保真度都會(huì )急劇下降，錯誤率會(huì )相應上升。

因此，量子計算機距離走向實(shí)際應用，目前還比較遙遠。

值得一提的是，就在最近潘建偉團隊還有另一項研究成果發(fā)表。

研究出了迄今為止最快的實(shí)時(shí)量子隨機數發(fā)生器（QRNG），速度達18.8Gb。

其尺寸只有15.6×18.0毫米，遠遠小于大多數QNRG模塊或儀器。

目前，這項成果已發(fā)表在《應用物理快報》上。

本次論文：
https://arxiv.org/abs/2106.14734

祖沖之號論文：
https://science.sciencemag.org/content/372/6545/948

參考鏈接：
[1]http://news.ustc.edu.cn/info/1048/75066.htm
[2]https://twitter.com/zlatko_minev/status/1287217387947925504