量子计算机有多牛？“祖冲之号”采样1.2小时等于超算8年

“我们估计‘祖冲之号’在1.2小时内完成的采样任务，最强大的超级计算机至少需要8年的时间。”

6月28日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟的团队在arXiv平台上传题为“Strong quantum computational advantage using a superconducting quantum processor”（使用超导量子处理器具备强大的量子计算优势）的论文预印版中写道。“我们的工作建立了一种‘经典计算在合理的计算时间内无法实现的’明确的量子计算优势。而高精度、可编程的量子计算平台，为探索新的多体现象和实现复杂的量子算法，打开了新大门。”

模型示意图：“祖冲之号”超导量子处理器

潘建伟团队称，为了证明量子计算的优越性，用高精度的控制将量子位扩展到大量量子位是必不可少的。该团队开发了一个二维可编程超导量子处理器——祖冲之号，它是由66个功能量子比特组成的可调谐耦合结构，这比之前的原型机增加了4个量子比特。

“我们使用随机量子电路采样作为衡量量子处理器整体能力的指标。”潘建伟团队表示，实验结果表明，该处理器能够仅用56个量子比特、20个周期，就完成相关采样任务。

二维超导量子比特芯片示意图, 每个橘色十字代表一个量子比特。 来源：中科大网站

潘建伟团队称，该实验明确建立了一个计算任务，量子计算机可以在1.2小时内完成，但对于任何超级计算机来说，至少需要一个不合理的时间(but will take at least an unreasonable time for any supercomputers.)。

澎湃新闻注意到，“祖冲之号”于今年5月研制成功，相关研究成果于2021年5月7日在线发表在国际学术期刊《科学》杂志上。

中国科学院量子信息与量子科技创新研究院官网刊文介绍称，量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面（如密码破译、大数据优化、材料设计、药物分析等）相比经典计算机实现指数级别的加速。

潘建伟 澎湃新闻记者 朱伟辉 图

当前，量子计算机研制作为世界科技前沿的重大挑战之一，已经成为欧美各发达国家竞相角逐的焦点。超导量子计算，作为最有希望实现可拓展量子计算的候选者之一，其核心目标是如何同步地增加所集成的量子比特数目以及提升超导量子比特性能，从而能够高精度相干操控更多的量子比特，实现对特定问题处理速度上的指数加速，并最终应用于实际问题中。

上述文章称，潘建伟、朱晓波、彭承志等长期瞄准超导量子计算的上述核心目标，取得了一系列重要进展。近期，该团队在自主研制二维结构超导量子比特芯片的基础上，成功构建了国际上超导量子比特数目最多、包含62个比特的可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”，并在该系统上成功进行了二维可编程量子行走的演示。此外，基于“祖冲之号”量子计算原型机的二维可编程量子行走在量子搜索算法、通用量子计算等领域具有潜在应用，将是后续发展的重要方向。上述项目受到了中国科学院、安徽省、科技部、上海市和基金委的支持。