繼“九章”量子計算機原型機釋出後，我國首個可操縱的超導量子計算機體系“祖沖之号”問世。該成果将為促進中國在超導量子系統上實作量子優越性奠定了技術基礎，也為後續具有重大實用價值的通用量子計算的研發提供支援。
中國科學技術大學潘建偉院士團隊近日成功研制出全球超導量子比特數量最多的量子計算原型機 “祖沖之号”，宣告全球最大量子比特數的超導量子體系的誕生。這篇名為《在可程式設計二維62比特量子處理器上的量子行走》的論文5月7日發表在《科學》雜志。
量子計算機是全球科技前沿的重大挑戰之一，也是世界各國角逐的焦點。超導量子計算已成為最具希望的候選者之一，它的核心目标是增加 “可操縱” 的量子比特數量，通過提升操縱精度來實作落地應用。
“祖沖之号” 可操縱的超導量子比特多達62個，而此前谷歌實作 “量子優越” 的“懸鈴木”53個量子比特。研究團隊在大尺度晶格上首次實作了量子行走的實驗觀測，并實作對量子行走構型的精準調控，建構了可程式設計的雙粒子量子行走。
量子行走是經典随機行走的量子力學模拟，是實作量子模拟、量子搜尋算法甚至通用量子計算極為強大的工具。 研究團隊表示：“在我們的工作中，我們設計和制造了一個由62個功能性量子位比特組成的8x8二維方形超導量子位陣列。 我們使用該裝置示範了高保真單粒子和兩個粒子的量子步态。 ”
由于量子處理器的高度可程式設計性，研究者還實作了一個被稱為馬赫-曾德爾（mach-zehnder）的幹涉儀。 “通過調整進化路徑上的障礙，我們觀察到了單行和雙行的幹擾條紋。 ”研究團隊在論文中寫道，“我們的工作是該領域的重要裡程碑，使未來的大規模量子應用更接近在這些嘈雜的中型量子處理器上實作。 ”
之是以命名為 “祖沖之号”，研究團隊共同通訊作者、中國科學技術大學上海研究院教授朱曉波表示，這是為了紀念我國傑出的數學家祖沖之。祖沖之首次将圓周率精算到小數第七位，他提出的“祖率”對數學研究有重大貢獻。
潘建偉和朱曉波、彭承志等帶頭的團隊多年來專注于研究超導量子計算，此次“祖沖之号”的最新成果是建立在12個比特超導量子晶片、24個比特的高性能超導量子處理器等成果之上。
不過上述研究仍為科學實驗階段，僅示範了系統功能，尚未實作所謂的“量子優越”，這差別于此前谷歌的量子計算機懸鈴木。朱曉波對第一财經記者表示，目前團隊正在開展相關工作，以實作“量子優越性”。
2019年9月，美國谷歌公司推出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，對一個數學算法的計算隻需200秒，并宣稱相較于當時世界最快的超級計算機“頂峰”實作了“量子優越性”。
一位量子計算領域專家第一财經記者表示：“祖沖之号和懸鈴木都是使用了超導量子比特，但是祖沖之号執行的任務是相對簡單的，對于操縱精度等要求仍然低于懸鈴木。”
量子計算和經典計算的競争是一個長期的動态過程。量子計算機與經典計算機的顯著差異在于，傳統的計算機存儲資料的方式是0或者1，這就好比一個開關，隻有“開”和“關”兩種狀态；而量子計算機存儲資料方式是依賴量子比特，可以是介于0和1之間的任何狀态，這令其速度更快。
超導量子計算具備較好的工藝可擴充性，是以也被廣泛認為是最有可能率先實作通用量子計算的方案之一。在原理上，量子計算機具備超快的并行計算能力，未來有望通過特定算法，提供高于傳統計算機指數級别的加速能力，并有望用于天氣預報、材料設計、密碼破譯、大資料優化、藥物分析等領域。
但業内人士人仍然表示，量子計算技術還處于極早期階段，尚不具備産業投資價值。“目前的量子技術領域，有兩個具有投資價值的成熟應用方向，一個是資料加密領域，另一個是傳感和量子的精密測量。”一位量子技術産業人士對第一财經記者表示。