（大公報記者 劉凝哲）繼「九章」量子計算機原型機發布後，我國首個可操縱的超導量子計算機體系「祖沖之號」問世，量子技術領先全球。中國科大中科院量子信息與量子科技創新研究院（以下簡稱量子創新研究院）潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊，日前成功研製出62比特（港稱位元）可編程超導量子計算原型機「祖沖之號」，並在此基礎上實現了可編程的二維量子行走，可望用於密碼破譯、大數據加速。相關研究成果於5月7日在線發表在國際學術期刊《科學》雜誌上。
當前，量子計算機研製作為世界科技前沿的重大挑戰之一，已經成為歐美各發達國家競相角逐的焦點。量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力，可望通過特定算法在一些具有重大社會和經濟價值的問題方面，如密碼破譯、大數據優化、藥物分析等領域，相比經典計算機實現指數級別的加速。
為量子計算研究奠基
超導量子計算，作為最有希望實現可拓展量子計算的候選者之一，其核心目標是如何同步地增加所集成的量子比特數目以及提升超導量子比特性能，從而能夠高精度相干操控更多的量子比特，實現對特定問題處理速度上的指數加速，並最終應用於實際問題中。
潘建偉、朱曉波、彭承志等長期瞄準超導量子計算的上述核心目標，取得了一系列重要進展。2019年初，在一維鏈結構12比特超導量子芯片上實現了12個量子比特糾纏「簇態」的制備，保真度達到70%，打破了之前創造的10個超導量子比特糾纏的紀錄。同時，該團隊開創性地將超導量子比特應用到量子行走的研究中，為未來多體物理現象的模擬以及利用量子行走進行通用量子計算的研究奠定了基礎。隨後，團隊將芯片結構從一維擴展到準二維，制備出包含24個比特的高性能超導量子處理器，並首次在固態量子計算系統中，實現了超過20比特的高精度量子相干調控。
能力勝過谷歌「懸鈴木」
近期，該團隊在自主研製二維結構超導量子比特芯片的基礎上，成功構建了國際上超導量子比特數目最多、包含62個比特的可編程超導量子計算原型機「祖沖之號」，並在該系統上成功進行了二維可編程量子行走的演示。自媒體「深科技」報道稱，「祖沖之號」可操縱的超導量子比特多達62個，此前谷歌實現「量子優越性」的「懸鈴木」具備53個量子比特，這意味着在目前的公開報道中，「祖沖之號」是世界上最大量子比特數的超導量子體系。
此外，研究團隊在二維結構的超導量子比特芯片上，觀察單粒子及雙粒子激發情形下的量子行走現象，實驗研究了二維平面上量子信息傳播速度，同時通過調製量子比特連接的拓撲結構的方式構建馬赫─曾德爾干涉儀，實現了可編程的雙粒子量子行走。據介紹，該成果為在超導量子系統上實現量子優越性展示及可解決具有重大實用價值問題的量子計算研究奠定技術基礎。此外，基於「祖沖之號」量子計算原型機的二維可編程量子行走在量子搜索算法、通用量子計算等領域有潛在應用，將是後續發展重要方向。
為何叫「祖沖之號」？
之所以命名為「祖沖之號」，是為了紀念我國傑出的數學家祖沖之。祖沖之首次將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。
「十四五」期間中國量子信息產業發展重點
•城域、城際、自由空間量子通信技術研發
•通用量子計算原型機和實用化量子模擬機研製
•量子精密測量技術突破
中國量子技術發展大事記
量子通信
2016年8月•中國成功發射世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」，率先在國際上實現高速星地量子通信
2020年6月•中科院宣布，「墨子號」量子科學實驗衛星在國際上首次實現千公里級基於糾纏的量子密鑰分發
量子計算
2019年底•中國科學家與德國、荷蘭科學家合作，在國際上首次實現20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣量子計算，四大關鍵指標上均大幅刷新世界紀錄
2020年12月4日•由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等學者研製的76個光子的量子計算原型機「九章」建成，求解數學算法高斯玻色取樣只需200秒
量子精密測量
2021年1月4日•中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學教授袁海東合作，在量子精密測量實驗中同時實現3個參數達到海森堡極限精度測量，測量精度比經典法提高13.27分貝
專家籲量子技術及早產業化
日前，在2021中國（安徽）科技創新成果轉化交易會上，中國科學院院士、中國科學院量子信息與量子科技創新研究院院長潘建偉表示，在量子計算實驗研究方面，中美兩國你追我趕，二者的發展程度均處於世界領先位置。
「我們希望能夠通過10至15年的努力，讓量子計算能夠解決若干超級計算機無法勝任的、但又具有重大應用價值的問題。」潘建偉認為，將中國在量子計算領域的實驗研究優勢轉化為現實可應用的技術，仍任重而道遠。目前，距離量子計算實現真正產業化還很遙遠。他建議，內地量子信息技術的發展迫切需要高效率的協同創新，發揮量子光學、原子分子物理等多學科交叉的優勢，並通過量子創新研究院等科研院所，凝聚起全國各地的優勢力量。
對此，合肥本源量子副總裁趙勇傑在會上表示同意，並進一步指出，未來量子計算的商用難題，並非體現在技術攻堅上，而是體現在產業化上。如果等待內地量子計算的相關技術發展起來，再去考慮產業化，將為時已晚；相反，如果在發展相關技術的同時，提高產業化水平，產業化的發展將反過來催生相關技術的成熟。
