凤凰网官网

发布时间:2021-10-26     来源于:上海研究院

中國科學技術大學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,構建了66比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”,實現了對“量子隨機線路取樣”任務的快速求解。根據現有理論,“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),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”裏程碑,使得我國成爲目前唯一同時在兩種物理體系都達到這一裏程碑的國家。相關論文發表在《物理評論快報》和《科學通報》上。

””

                                                                            图一:祖冲之二号量子处理器图

        量子计算机对特定问题的求解超越超级计算机,即量子计算优越性,是量子计算发展的第一个里程碑,达到该里程碑需要相干操纵50个以上量子比特。超导量子比特是国际公认的有望实现可扩展量子计算的物理体系之一。潘建伟、朱晓波、彭承志等长期瞄准超导量子计算领域,于2021年5月构建了当时国际上量子比特数目最多的62比特超导量子计算原型机“祖冲之号”,并实现了可编程的二维量子行走 [Science 372, 948 (2021)]。

        团队在“祖冲之号”的基础上,采用全新的倒装焊3D封装工艺,解决了大规模比特集成的问题,研制成功“祖冲之二号”,实现了66个数据比特、110个耦合比特、11路读取的高密度集成,最大态空间维度达到了1019。“祖冲之二号”采用可调耦合架构,实现了比特间耦合强度的快速、精确可调,显著提高了并行量子门操作的保真度。通过量子编程的方式,研究人员实现了对量子随机线路取样,演示了“祖冲之二号”可用于执行任意量子算法的编程能力。根据目前已公开的最优化经典算法,“祖冲之二号”处理量子随机线路取样问题的速度比目前最快的超级计算机快7个数量级,计算复杂度较谷歌“悬铃木”提高了6个数量级。

        量子计算优越性的成功演示标志着量子计算研究进入到发展的第二阶段,开始量子纠错和近期应用的探索。“祖冲之二号”采用二维网格比特排布芯片架构,直接兼容表面码量子纠错算法,为量子纠错并进一步实现通用量子计算奠定了基础。同时,“祖冲之二号”的并行高保真度量子门操控能力和完全可编程能力,有望在特定领域找到有实用价值的应用,预期应用包括量子机器学习、量子化学、量子近似优化等。

””

                  图二:量子随机线路取样保真度随线路深度的变化及目前最快的超级计算机“富岳”完成相同任务需要的时间

 

上述項目受到了安徽省、上海市、科技部和中科院的支持。

論文鏈接:

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

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

 

(合肥微尺度物質科學國家研究中心、中科院量子信息與量子科技創新研究院、科研部)