3月3日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、朱曉波、彭承志等，與上海量子科學(xué)研究中心、河南省量子信息與量子密碼重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院、濟(jì)南量子技術(shù)研究院、西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院以及中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所等單位合作，在超導(dǎo)量子計(jì)算領(lǐng)域取得重大突破，成功構(gòu)建了具有105量子比特的祖沖之三號(hào)超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)，并通過(guò)隨機(jī)線路采樣（RCS）實(shí)驗(yàn)再次刷新量子計(jì)算優(yōu)越性記錄。該成果于以封面論文的形式正式發(fā)表于國(guó)際權(quán)威物理期刊《Physical Review Letters》。

“祖沖之三號(hào)” 刷新量子計(jì)算優(yōu)越性記錄有什么意義？量子芯片有什么用途？未來(lái)又有哪些應(yīng)用？小墨特別采訪了論文第一作者查辰。

量子霸權(quán)=量子優(yōu)越性？

量子霸權(quán)和量子優(yōu)越性在一定程度上被視為同一個(gè)概念。量子霸權(quán)這一概念最早于2012年由加州理工大學(xué)的John Preskill教授提出，它指的是在某些特定問(wèn)題上，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力能夠超越所有的經(jīng)典計(jì)算機(jī)。2019年，谷歌在其超導(dǎo)量子處理器上進(jìn)行了隨機(jī)線路采樣實(shí)驗(yàn)，成功展示了量子優(yōu)越性，其經(jīng)典計(jì)算能力完全超越了當(dāng)時(shí)最快的經(jīng)典計(jì)算機(jī)。然而，由于“量子霸權(quán)”一詞的攻擊性過(guò)強(qiáng)，容易引起對(duì)霸權(quán)主義的聯(lián)想，因此后續(xù)更多地使用了“量子優(yōu)越性”這一更為溫和的概念。同時(shí)，因?yàn)楹罄m(xù)經(jīng)典計(jì)算的發(fā)展使得經(jīng)典計(jì)算的能力又超越了量子計(jì)算機(jī)，所以經(jīng)典計(jì)算和量子計(jì)算并不是一個(gè)完全碾壓另外一個(gè)的狀態(tài)，而是相互發(fā)展、交替領(lǐng)先的狀態(tài)。因此，量子優(yōu)越性這個(gè)概念更能表達(dá)這樣一種狀態(tài)，即量子在某些時(shí)刻相對(duì)于經(jīng)典計(jì)算有一定的領(lǐng)先。

實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性對(duì)于量子計(jì)算有什么意義？

量子優(yōu)越性對(duì)量子計(jì)算的意義重大。首先，它進(jìn)行了一次技術(shù)驗(yàn)證，證明了量子計(jì)算在某些特定問(wèn)題上具有一定的實(shí)用性，這大大提高了科研人員的信心。其次，量子優(yōu)越性的實(shí)現(xiàn)推動(dòng)了量子計(jì)算的進(jìn)一步發(fā)展，吸引了大量的人員加入到量子計(jì)算的研究中，促進(jìn)了量子算法和量子硬件方面的發(fā)展。此外，量子優(yōu)越性還促進(jìn)了商業(yè)化投資，為量子計(jì)算研究提供了更多的資源和資金支持。

“祖沖之三號(hào)”應(yīng)被稱為計(jì)算機(jī)or處理器？

量子處理器是量子計(jì)算最核心的器件，類似于經(jīng)典計(jì)算中的CPU。它主要包含量子芯片和外面的封裝盒。然而，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的過(guò)程并不僅僅依靠量子處理器，還需要稀釋制冷系統(tǒng)以及電子學(xué)提供的測(cè)控信號(hào)等低溫測(cè)控平臺(tái)和室溫的電子學(xué)系統(tǒng)的支持。因此，一個(gè)完整的量子計(jì)算機(jī)需要包含量子處理器、低溫測(cè)控平臺(tái)和室溫的電子學(xué)系統(tǒng)。類似于經(jīng)典計(jì)算的CPU、主板。

量子芯片與計(jì)算機(jī)芯片的差別在哪里？

量子計(jì)算機(jī)和普通計(jì)算機(jī)的差別主要體現(xiàn)在量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方式上。量子計(jì)算現(xiàn)在的實(shí)現(xiàn)方式有很多種：1）超導(dǎo)量子計(jì)算主要依靠類似于半導(dǎo)體的一些芯片。所以它的超導(dǎo)量子芯片的形態(tài)和經(jīng)典的CPU很相似，主要還是在硅或者說(shuō)藍(lán)寶石的襯底上進(jìn)行鍍膜、曝光、刻蝕來(lái)生成所需的大量的電子學(xué)器件。這個(gè)和經(jīng)典的半導(dǎo)體芯片非常接近。2）但是其他的一些體系類似于中性原子或者光學(xué)，用的是一些光學(xué)器件和激光光源之類的。這和經(jīng)典的半導(dǎo)體芯片的差別非常大。

量子芯片生產(chǎn)目前處于什么水平？

目前，量子芯片的生產(chǎn)還處于一種手動(dòng)或半手動(dòng)的狀態(tài)，其生產(chǎn)難度較高，成功率不高。尚未達(dá)到半導(dǎo)體廠商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的量產(chǎn)。

目前量產(chǎn)的量子芯片的用途？

目前生產(chǎn)的量子計(jì)算芯片主要用于科學(xué)探索，包括各個(gè)科研院所和商業(yè)公司用于早期的算法演示、算法的可行性探究以及硬件方案的研究等方面。不過(guò)量子計(jì)算芯片尚未達(dá)到純商業(yè)化的使用用途。