3月3日下午，中国科学技术大学潘建伟、朱晓波团队宣布，研究人员成功构建105比特超导量子计算原型机“祖冲之三号”，实现对“量子随机线路取样”任务的快速求解。济南量子技术研究院参与了其中部分核心部件制备。与现有最优经典算法相比，“祖冲之三号”处理的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15个数量级，超过谷歌2024年10月公开发表的最新成果6个数量级，再次刷新超导体系量子计算优越性世界纪录。相关论文在线发表在《物理评论快报》上。

祖冲之三号 图源：墨子沙龙

中美科学家你追我赶

“量子计算优越性”验证了量子计算系统能够超越传统超级计算机的可行性，是量子计算具备应用价值的前提条件，也是当前一个国家量子计算研究实力的直接体现。在这一方面，中美是目前国际第一方阵，呈现交替领先的态势。

2023年，中国科大演示了更先进的经典算法，用1400余块A100GPU仅需约14秒即可完成同样的任务；如果用“前沿”超算并配备更大的内存，则预计只需1.6秒即可完成，因此谷歌当时的“量子计算优越性”宣称已被中国科大推翻。

以最优经典算法为比较标准，国际上首个被严格证明的量子计算优越性由中国科大于2020年在“九章”光量子计算原型机上实现；而超导体系首个被严格证明的量子计算优越性由本研究团队于2021年在“祖冲之二号”处理器上实现。2023年，中国科大研发的255光子“九章三号”量子优越性超越经典超算16个数量级。2024年10月，谷歌67比特超导量子处理器“悬铃木”量子优越性超越经典超算9个数量级。

“祖冲之三号”性能国际领先

在66比特“祖冲之二号”的基础上，中国科学家大幅提升了各项关键性能指标，实现了105个数据比特、182个耦合比特的“祖冲之三号”，量子比特相干时间达到72us，并行单比特门保真度达到99.90%，并行两比特门保真度达到99.62%，并行读取保真度达到99.13%，综合性能达到国际领先水平。

为测试其性能，研究团队在“祖冲之三号”系统上完成了83比特32层的随机线路采样，以目前最优经典算法为比较标准，计算速度比最强超算“前沿”快15个数量级，也超过去年10月谷歌公开发表的最新成果6个数量级，为目前超导体系最强量子计算优越性。

实验室中的超导量子计算机 图源：墨子沙龙

量子优越性是量子计算强大性能的综合体现，是近期应用探索和实现可拓展量子纠错的基础。在“祖冲之三号”取得最强“量子计算优越性”后，研究团队正继续开展量子纠错、量子纠缠、量子模拟、量子化学等多方面探索。“祖冲之三号”采用二维网格比特排布芯片架构，直接兼容易于实现规模化拓展的表面码量子纠错算法，目前研究团队正基于“祖冲之三号”开展码距为7的表面码纠错研究，已取得良好进展，并计划进一步将码距扩展到9和11，为实现大规模量子比特的集成和操纵铺平道路。

核心部件在济南制造

很多人还不知道，“祖冲之三号”的核心部件是在济南量子技术研究院的超导量子处理器实验室内制造的。

济南量子技术研究院在山东省、济南市的支持下，建成了国内首条最大规模、集成先进制程的超导量子处理器工艺线，正在开展基于超导体系的大规模表面码纠错研究，加快推进下一代高性能超导量子计算处理器的研发，全面推动量子计算从理论研究逐步走向实际应用，为我国量子信息科学领域的快速发展筑牢坚实根基。

近年来，济南市积极布局量子科技这一未来产业。目前，国家实验室济南基地落地，重点承接重大科学任务；国内唯一、国际首个量子计算与测量领域标准化技术委员会（SAC/TC578）获批，支撑山东成为世界量子信息标准化的核心阵地；工信部“国家5G应用安全创新推广中心”落地济南，探索量子密钥服务、量子密钥加密带宽服务的商业模式，推进量子通信技术创新和产业生态稳步形成。