中國祖沖之3.0量子電腦突破性進展，宣稱性能與Willow相當

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科技產業資訊室(iKnow) - 黃松勳發表於 2024年12月27日

圖、中國祖沖之3.0量子電腦突破性進展，宣稱性能與Willow相當

在全球量子計算研究日益激烈的競爭中，中國研究團隊最新發表的研究成果令人矚目。他們宣布其祖沖之3.0超導量子電腦完成了一項驚人的計算任務，這項任務若由目前世界最快的超級電腦Frontier(來自美國能源部橡樹嶺國家實驗室)來執行，將需要超過64億年才能完成。這項突破不僅展現了量子運算能力的重大進展，更標誌著中國在量子運算研究領域已與美國並駕齊驅。

由中國量子運算之父潘建偉領導的研究團隊表示，祖沖之3.0配備了105個具有高操作保真度的量子位元。在最新的實驗中，該系統使用83個量子位元進行了32個週期的隨機電路取樣，僅用數百秒就完成了一百萬個樣本的運算。這項成就較Google的Sycamore處理器的先前紀錄有顯著提升，模擬複雜度提高了六個數量級。

在技術實現方面，祖沖之3.0採用了創新的「倒晶封裝」(Flip Chip)技術來整合處理器組件，並運用藍寶石基底架構，結合先進的衰減器配置和鉭-鋁元件，有效降低了雜訊並延長了量子相干時間。這些改進使得弛豫時間(relaxation time)延長到72微秒，去相位時間（dephasing time）達到58微秒，大幅提升了處理器在運算過程中的穩定性。

相較於Google的Willow量子系統，祖沖之3.0走出了不同的技術路線。Willow著重於容錯技術的開發，其表面編碼邏輯量子位元的每週期錯誤率低於0.15%，優於物理量子位元的表現。這種差異凸顯了量子運算發展的兩條路徑：一是推動硬體極限，二是完善錯誤校正以支持未來的量子演算法。

在實驗設計上，研究團隊選擇了隨機電路取樣這一量子優勢驗證的標準任務。祖沖之3.0使用83個量子位元執行了32個週期的電路運算，在短短數秒內生成了一百萬個樣本。相比之下，Google的Sycamore處理器完成的類似任務僅使用了67個量子位元。

單量子位元閘、雙量子位元閘和讀取操作的運作保真度分別達到99.90%、99.62%和99.18%，這些數據較祖沖之2.0有明顯提升。研究團隊將這些進步歸功於優化的電路設計、降噪技術的改進以及製程製造的提升。

儘管取得了重大突破，研究團隊也坦承目前仍面臨諸多挑戰。現階段的量子運算任務仍局限於證明量子優勢，尚未能解決實際問題。此外，隨著系統規模擴大，驗證大規模量子運算結果的難度也在增加。

研究人員指出，未來的發展方向將聚焦於提高量子位元數量和電路複雜度，同時加強錯誤校正技術的研究。他們也強調了量子-傳統(古典)混合系統在實際應用中的重要性。

在工程層面，改善量子相干時間和降低操作錯誤率仍是關鍵挑戰。同時，開發適合量子架構的軟體和演算法對於釋放量子運算潛力也至關重要。

研究團隊對量子運算的未來持樂觀態度。隨著技術不斷進步，他們認為量子處理器將在優化、機器學習和藥物發現等領域發揮重要作用。研究團隊預計在未來幾個月內為祖沖之3.0整合類似於Google Willow的錯誤校正技術，進一步提升系統的可靠性和實用性。

這項突破性進展已發表在預印本伺服器arXiv上，研究團隊表示將提交正式同行評審。這一成就不僅推進了量子硬體的發展，更為解決複雜的運算難題開闢了新的可能性。(1155字；圖1)

參考資料：
Establishing a New Benchmark in Quantum Computational Advantage with 105-qubit Zuchongzhi 3.0 Processor. arXiv.2024/12/16.
Zuchongzhi 3.0 quantum computer as powerful as Google' s Willow, say Chinese scientists. South China Morning Post. 2024/12/18.
Chinese Researchers Say Latest Zuchongzhi 3.0 Experimental Run Matches Willow' s Performance. The Quantum Insider. 2024/12/19.

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