176比特！中国科大落地全新超导量子计算机

光子盒研究院出品

中国科学技术大学堪称超导量子计算原型机的“超级工厂”，在过去五六年已经搭建出10余台超导量子计算原型机。上一个作品是大名鼎鼎的“祖冲之二号”，求解“量子随机线路取样”任务的速度比当时全球最快的超级计算机快一千万倍以上，这是中国超导路线“量子优越性”的里程碑。

近日，中国科学技术大学超导量子计算实验室成功实现了一个全新的三维封装装置——拥有176个量子比特的量子处理器。它在性能方面以“祖冲之二号”为目标，调试成功后计划接入量子计算云平台，开放给其他科研机构以及公众使用；它已准备好实现目前对传统计算机不可行的计算加速，这种能力被称为“量子计算优越性”。

这个处理器没有采用晶体管，而是包含细微的约瑟夫森结，这种结构的尺寸不到一微米，其特点是在两层铝之间夹了一层薄薄的氧化铝。

当温度接近绝对零度时，两层铝将显示出零电阻或超导性，以形成量子态，从而支持指数级增长的计算能力。但是现在，基于量子的电路晶圆被密封在一个金属盒内，有近200个孔允许与从上面的冷冻室垂下的导线连接。

在过去六年中，创造了10多个超导驱动的量子原型机。

其中就包括祖冲之2.1，它目前正在大楼的另一个实验室里运行。祖冲之2.1是一个66比特的可编程量子计算系统，在2021年制造，它可以进行大规模随机量子电路采样，比当时最快的超级计算机快约1000万倍。

“和祖冲之2.1一样，新系统有66个数字量子比特，外加110个耦合的量子比特，”此项研究的工程师、在中国科技大学工作的李少炜说：“我必须将每个量子比特与其相应的导线连接起来，否则它们可能会失去控制。”

李少炜

装机完成，意味着此台超导量子计算原型机完成硬件安装工作。接下来要做的就是整机联调，包括确认量子比特“活”了多少。据介绍，最初设计的比特数目不能直接代表性能，因为不是每个比特都能“活”，只有实际运行中能用的比特才算数。

等这台超导量子计算原型机上线，公众可以免费使用相关量子计算云平台：即可使用量子计算原型机进行运算、编写量子计算程序等，学习和探索量子计算的应用算法，开放模式与服务科学研究的大科学装置类似。

“我们希望开放一台处于第一科技梯队的超导量子计算原型机，让公众真正感受到前沿量子信息技术的发展，吸引更多其他领域的人才和用户去使用它、发掘它、探索它在实际生活中的用处。”徐昱说。

2019年，谷歌报告了一个名为Sycamore的53量子比特超导处理器的存在，该处理器在200秒内完成了量子随机采样任务，设计者当时表示，世界上最快的超级计算机需要10000年才能产生类似的输出。

66比特的祖冲之2.1比Sycamore在2019年能产生的速度快100万倍。

中国科技大学的另一个科学家团队创造了一个量子计算机原型，名为九章，采用光子驱动策略。九章2.0在2021年被证明实现了高斯玻色子采样，这是一种经典的模拟算法，有113个检测到的光子，比世界上现有最快的超级计算机快了7亿倍。

这两条技术路线使中国在开发和商业化量子计算方面处于领先地位，推动中国成为该领域的全球领导者之一。

目前，量子计算机在某些不太实用的任务中表现出色，如量子随机采样和高斯玻色子采样。在不久的将来，更实用的量子计算机有望将人工智能推向新的高度，并设计出全新的材料、化学品和药品。

参考链接：

[1]https://www.chinadaily.com.cn/a/202303/08/WS6407d466a31057c47ebb2f6e.html

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/f4nvFfobUtgg3mzDDD8VIQ

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