近日◈★★ღ，中国科学技术大学（以下简称“中国科大”）教授潘建伟◈★★ღ、朱晓波◈★★ღ、彭承志等◈★★ღ，与合作单位构建了105比特超导量子计算原型机“祖冲之三号”◈★★ღ，实现对“量子随机线路采样”任务的快速求解◈★★ღ。这台机器处理量子随机线路采样问题的速度◈★★ღ，比目前最快的超级计算机快15个数量级◈★★ღ。

　　这意味着◈★★ღ，我国继“祖冲之二号”科研突破后◈★★ღ，再次打破超导体系量子计算优越性纪录◈★★ღ。研究成果登上了《物理评论快报》的封面◈★★ღ，审稿人称◈★★ღ，“这一工作构建了目前最高水准的超导量子计算机”◈★★ღ。

　　毋庸置疑◈★★ღ，量子计算科技已成为全球瞩目的前沿研究领域◈★★ღ。今年的政府工作报告提到◈★★ღ，“建立未来产业投入增长机制◈★★ღ，培育生物制造j9九游会官网登录入口◈★★ღ、量子科技◈★★ღ、具身智能◈★★ღ、6G等未来产业◈★★ღ。”

　　面对全球激烈的竞争态势◈★★ღ，上述科研团队如何攻坚克难迭代技术◈★★ღ，有何科研管理模式的创新探索◈★★ღ，青年科研人才在其中如何发挥作用？近日◈★★ღ，中青报中青网记者对该团队进行了专访◈★★ღ。

　　“量子优越性是量子计算强大性能的综合体现◈★★ღ，可以验证量子力学原理在计算领域的可行性与潜力◈★★ღ。”“祖冲之三号”总师朱晓波表示◈★★ღ，只有实现了量子优越性◈★★ღ，量子计算机才有可能真正发挥实际应用价值◈★★ღ，才有可能构建出超越经典计算的应用场景◈★★ღ。

　　“量子计算优越性”也是当前一个国家量子计算研究实力的直接体现◈★★ღ。中美在该领域处于第一方阵◈★★ღ，交替领先◈★★ღ、你追我赶◈★★ღ。

　　2019年◈★★ღ，谷歌公司率先宣称实现量子计算优越性◈★★ღ。谷歌53比特“悬铃木”处理器在200秒内完成的随机线路采样任务◈★★ღ，用当时最快的超级计算机进行模拟需要约一万年◈★★ღ。

　　一年后◈★★ღ，以最优经典算法为比较标准◈★★ღ，国际上首个被严格证明的量子计算优越性由中国科大在“九章”光量子计算原型机上实现◈★★ღ。而超导体系首个被严格证明的量子计算优越性◈★★ღ，则由该团队于2021年在66比特的“祖冲之二号”处理器上实现◈★★ღ，使得我国成为在超导和光量子两条技术路线上◈★★ღ，都实现了“量子优越性”的国家◈★★ღ。

　　2023年◈★★ღ，中国科大演示了更先进的经典算法◈★★ღ。同年◈★★ღ，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◈★★ღ。2024年10月◈★★ღ，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◈★★ღ。

　　而本次研究中◈★★ღ，团队在66比特“祖冲之二号”的基础上◈★★ღ，大幅提升了各项关键性能指标◈★★ღ，实现了105个数据比特◈★★ღ、182个耦合比特的“祖冲之三号”◈★★ღ。其中◈★★ღ，在随机线路采样任务上◈★★ღ，“祖冲之三号”的速度比“悬铃木”快100万倍◈★★ღ，成为目前超导体系里“最强”的量子计算优越性代表◈★★ღ。

　　朱晓波指出◈★★ღ，目前◈★★ღ，实现量子优越性的量子计算机主要分为两个体系◈★★ღ：一个是光子体系◈★★ღ，主要代表为九章号◈★★ღ；另一个是超导体系◈★★ღ，主要代表为祖冲之号和谷歌的“悬铃木”◈★★ღ。

　　“祖冲之三号”与之前成果相比◈★★ღ，最直观的优势与变化◈★★ღ，是量子比特数目从66个提升到105个◈★★ღ。朱晓波形容量子处理器就如同“超级大脑”◈★★ღ，量子比特就像是大脑里的神经元◈★★ღ，神经元越多◈★★ღ，大脑能处理的信息就越复杂◈★★ღ，也就更容易解决难题◈★★ღ。他介绍◈★★ღ，团队正是通过芯片架构的优化和制造工艺的改进歪歪漫画登录首页页面中心◈★★ღ，才提高了量子比特的集成度和可扩展性歪歪漫画登录首页页面中心◈★★ღ。

　　例如◈★★ღ，“祖冲之三号”的单比特量子门保线%◈★★ღ，双比特量子门保线%◈★★ღ，读取保线%◈★★ღ。朱晓波打了个比方◈★★ღ，量子门的保真度就好比神经元之间相互传递信息的正确率◈★★ღ，量子门的保真度越高◈★★ღ，大脑处理信息时就越不会出错◈★★ღ。而读取保真度◈★★ღ，可以理解为大脑处理完信息后还需要输出◈★★ღ，读取保真度越高◈★★ღ，说明输出过程中出错的概率越小◈★★ღ。

　　“可以将量子比特的相干时间理解为神经元能有效工作的时间◈★★ღ，相干时间越长◈★★ღ，意味着神经元能处理的信息越复杂歪歪漫画登录首页页面中心◈★★ღ。”朱晓波说◈★★ღ，在相干时间的迭代路径上◈★★ღ，团队不断优化量子比特的电路参数◈★★ღ，降低其对噪声的敏感性◈★★ღ。

　　量子处理器设计制造◈★★ღ、优化量子比特和耦合器电场分布◈★★ღ、改进控制信号传输在朱晓波看来◈★★ღ，在技术路径迭代道路上◈★★ღ，类似的摸索和创新还有很多◈★★ღ。而正是由于各类关键性能的大幅提升◈★★ღ，“祖冲之三号”才能实现目前复杂度最高的量子随机线路采样实验◈★★ღ，最终全面分析◈★★ღ、评估量子计算机整体性能◈★★ღ。

　　2019年至今◈★★ღ，从“祖冲之一号”到“祖冲之三号”◈★★ღ，团队在短时间内实现量子比特数量与性能的跨越式提升◈★★ღ。在朱晓波看来◈★★ღ，这得益于科研和工程化双轨管理模式的创新◈★★ღ，让科研人员目标更明确◈★★ღ，合作更顺畅◈★★ღ。

　　他解释◈★★ღ，工程化管理聚焦终极目标通用容错量子计算机◈★★ღ，以“祖冲之二号”“祖冲之三号”及后续型号为发展主干j9九游会官网登录入口◈★★ღ，明确各阶段任务与分工◈★★ღ。同时◈★★ღ，鼓励青年科研人员围绕主干目标自由驰骋探索◈★★ღ，在超导量子芯片设计歪歪漫画登录首页页面中心◈★★ღ、量子算法优化等细分领域展开创新研究◈★★ღ，激发众人创新活力◈★★ღ，最终将枝干的养分再汇聚到树木主干上◈★★ღ。

　　团队成员◈★★ღ、中国科大博士后查辰介绍◈★★ღ，在大目标引领的基础上◈★★ღ，整个团队按照工程管理方法◈★★ღ，将量子计算机研发项目细分为多个子系统◈★★ღ，如量子芯片◈★★ღ、量子控制◈★★ღ、量子软件等◈★★ღ。每个子系统小组由不同学科背景的团队负责◈★★ღ，定期召开跨学科交流会议◈★★ღ，分享进展与挑战◈★★ღ。这样便于打破学科壁垒◈★★ღ，让各专业优势相互融合◈★★ღ，培养既扎根科研又助力工程化的复合型人才◈★★ღ。

　　团队成员◈★★ღ、中国科大95后在读博士付元豪每次走进实验室◈★★ღ，听到那台一层楼高的稀释制冷机发出熟悉的嗡鸣◈★★ღ，心中总会想起前辈们说的话◈★★ღ：“大家要抓住机遇◈★★ღ，积极地参与到大实验项目的锻炼中◈★★ღ，个人各方面能力会得到快速提升◈★★ღ。”

　　2021年◈★★ღ，刚进团队时◈★★ღ，付元豪尚未完全理解这句话的分量j9九游会官网登录入口◈★★ღ，直到去年年底◈★★ღ，团队调试“祖冲之三号”量子优越性实验指标◈★★ღ，明明双比特量子门保线%◈★★ღ，系统整体性能却始终未达预期◈★★ღ。团队不同学科的同学全部行动起来◈★★ღ，花了两周排查◈★★ღ，发现是控制系统的软件逻辑出了问题◈★★ღ，导致时序同步出现几纳秒偏差◈★★ღ。这一点看似微不足道的问题◈★★ღ，却让整套设备成了“精致的随机数发生器”◈★★ღ。

　　“与传统物理研究不同◈★★ღ，超导量子计算并非探索自然界固有实体◈★★ღ，而是用微纳加工技术创造人工原子◈★★ღ。这意味着◈★★ღ，即便全球的量子团队都选择超导路线◈★★ღ，技术细节也可能千差万别◈★★ღ。但科研问题的关键◈★★ღ，往往就藏在这些没有出现在文献◈★★ღ、教科书上的细节里◈★★ღ。”他感慨◈★★ღ。

　　“大家深知量子计算研发的难度与复杂性◈★★ღ，做足了心理准备◈★★ღ。”査辰还记得这样一件事◈★★ღ，彰显大伙的凝聚力与战斗力◈★★ღ。

　　2024年夏天◈★★ღ，研发正处于关键阶段◈★★ღ，面临着一项亟待解决的技术难题进一步提高双比特量子门保真度操作的保真度歪歪漫画登录首页页面中心◈★★ღ。刚开始◈★★ღ，实验保线◈★★ღ，远低于理论预期◈★★ღ。为此◈★★ღ，多个分系统的团队成员主动放弃休息◈★★ღ，纷纷从擅长的专业角度出发◈★★ღ，经常加班至凌晨一两点◈★★ღ，提出了数十个优化方案◈★★ღ。最终◈★★ღ，通过跨学科协作实现方案有机整合◈★★ღ，大家成功发现问题根源◈★★ღ，显著提高了保真度◈★★ღ。

　　在有关单位支持下◈★★ღ，团队在构建科学探索与工程实践深度融合的研发体系时◈★★ღ，摸索出“理论预研-技术验证-工艺固化”的螺旋式协同机制◈★★ღ，有效推动量子计算从实验室的前沿理论探索◈★★ღ，逐步迈向严谨精密的工程化实践◈★★ღ。

　　朱晓波拿105比特超导量子芯片这一突破举例◈★★ღ，团队首先应用科学属性驱动创新方向◈★★ღ，基于量子纠错算法和表面码架构的前沿研究◈★★ღ，为芯片设计提供理论支撑◈★★ღ，开发了钽膜工艺◈★★ღ、量子门标定等多个科学方案◈★★ღ。

　　其次是保障技术落地◈★★ღ，团队同步将新研发的科学方案落地成规范的工程流程◈★★ღ，从而将量子比特相干时间稳定地提升至72微秒◈★★ღ，实现单/双比特门保真度提升◈★★ღ。“最后◈★★ღ，依托国家实验室平台◈★★ღ，联合9家单位利用跨学科资源共同攻关技术难题◈★★ღ。”

　　每当坐在仪器屏幕前操纵着小小的量子比特时◈★★ღ，付元豪总是忍不住展望量子芯片的前景当未来可容错的通用量子计算机诞生时◈★★ღ，它将会成为最锋利的矛◈★★ღ，“刺穿”传统的通信加密方式◈★★ღ，为世界带来颠覆性变革◈★★ღ！

　　业内普遍认同◈★★ღ，量子计算的发展主要分“三步走”◈★★ღ：第一阶段是实现量子计算优越性◈★★ღ，对特定问题的计算能力超越最快的超级计算机◈★★ღ；第二阶段是实现专用量子模拟机◈★★ღ，相干操纵数百至上千个量子比特◈★★ღ，用于解决经典计算机无法胜任的量子化学◈★★ღ、高温超导机理◈★★ღ、拓扑物态等重要科学问题◈★★ღ；第三阶段是实现通用容错量子计算机◈★★ღ，在量子纠错的辅助下相干操纵至少上百万量子比特j9九游会官网登录入口◈★★ღ，用于解决经典密码破解◈★★ღ、人工智能◈★★ღ、材料设计◈★★ღ、生物制药等领域的计算难题j9九游会官网登录入口◈★★ღ。

　　朱晓波坦言j9九游会官网登录入口◈★★ღ，第一阶段已经实现◈★★ღ，在第二阶段◈★★ღ，量子计算产业化的瓶颈主要在于找到真正有实际用途的场景◈★★ღ，这意味着科研团队需要在复杂的化学模拟◈★★ღ、量子化学等应用领域j9九游会官网登录入口◈★★ღ，通过实际案例来验证量子计算对生产力发展的推动作用◈★★ღ；第三阶段◈★★ღ，想要实现量子计算全面实用化◈★★ღ，需要实现可容错的量子计算机◈★★ღ。当量子比特数目拓展至百万量级时◈★★ღ，团队需要确保各种操作的保真度不仅不会下降◈★★ღ，反而能进一步提升◈★★ღ。

　　眼下◈★★ღ，科学层面上◈★★ღ，“祖冲之三号”量子处理器已经能处理更复杂的量子信息◈★★ღ，执行更复杂的量子算法◈★★ღ，这能推动量子纠错的研究◈★★ღ，同时推动量子化学模拟◈★★ღ、药物研发等领域的发展◈★★ღ。

　　尽管在技术路线上◈★★ღ，团队选择了变频比特以及耦合强度可调的架构设计路线◈★★ღ，但查辰观察到◈★★ღ，近年来◈★★ღ，各大团队似乎在技术上呈现趋同的进化趋势◈★★ღ，这表明在技术发展过程中◈★★ღ，各团队都在不断借鉴和吸纳彼此优点◈★★ღ。

　　因此◈★★ღ，“迈向下一步跨越”是个难题◈★★ღ。朱晓波说◈★★ღ，这包括如何构建完整的量子计算生态体系◈★★ღ，形成从芯片制备到应用开发的一整套技术能力◈★★ღ，“只有啃下一个个硬骨头◈★★ღ，量子计算才能从实验室走向更为深远的实际应用◈★★ღ，贴近百姓生活”◈★★ღ。

　　平时◈★★ღ，朱晓波总是和团队年轻人念叨◈★★ღ，作为一项具有重大战略意义的前沿技术◈★★ღ，量子计算每一个环节都充满挑战与不确定性◈★★ღ，从基础理论探索到关键技术突破◈★★ღ，再到实际应用落地◈★★ღ，绝非一蹴而就◈★★ღ。“我们不仅要怀抱十年磨一剑的科研理念◈★★ღ，还要充分尊重科研规律◈★★ღ，深刻理解量子科技◈★★ღ。”

　　团队成员◈★★ღ、中国科大在读博士高岽鑫将这些话牢牢记在心里◈★★ღ。他自豪地说◈★★ღ，量子计算对我国高水平科技自立自强必然有重大意义◈★★ღ，作为青年科研人员◈★★ღ，庆幸能让个人求知欲与国家需求同频共振◈★★ღ。在参加一些课堂交流和学术活动时◈★★ღ，他会习惯性地将这些信息传递给更年轻的学弟学妹们◈★★ღ。

　　他说◈★★ღ：“希望学弟学妹们在校期间◈★★ღ，对量子计算j9九游会官网登录入口◈★★ღ、人工智能◈★★ღ、机器人与自动化等前沿领域保持了解和兴趣◈★★ღ，便于后期投身相关事业科研报国◈★★ღ。希望未来能够见证第一台通用量子计算机在中国诞生◈★★ღ！”九游会J9·(china)官方网站真人游戏第一品牌j9九游国际真人◈★★ღ，j9九游会网址◈★★ღ。诺贝尔奖◈★★ღ，九游会·[j9]官方网站◈★★ღ。九游会体育app官网◈★★ღ。九游会J9·(china)官方网站-真人游戏第一品牌