近期，全球量子计算领域迎来了两项重要突破。首先，谷歌公司在知名科学期刊《自然》上发表了关于利用105比特超导量子处理器“垂柳”实现码距最高为7的表面码量子纠错的成果。紧接着，中国科学技术大学潘建伟院士团队也在arXiv平台上发布了我国自主研制的105个量子比特超导量子计算机“祖冲之三号”的相关研究成果。
据对比数据显示，“祖冲之三号”在性能上不仅优于谷歌上一代的“悬铃木”量子计算机，后者在今年10月的《自然》期刊上报道时采用了72个量子比特，而且其各项性能指标均与谷歌最新发布的“垂柳”达到了同一水平。这一成就标志着我国在量子计算领域取得了重大进展。
“祖冲之三号”的研发工作涉及多家科研单位，包括中国科学技术大学、合肥微尺度物质科学国家研究中心、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院上海科学研究中心等九家机构，共有154名科研人员参与了这项研究，凸显了团队合作的重要性。论文的共同第一作者包括Dongxin Gao、Daojin Fan和Chen Zha，而论文的通讯作者则是朱晓波教授和潘建伟院士。
“祖冲之三号”相较于其前代“祖冲之二号”，在量子比特数上有了显著提升，从66个增加到105个，这使其在计算能力上实现了理论上的飞跃，能够应对更为复杂的量子计算任务，为探索更大规模的量子算法和应用提供了坚实基础。同时，“祖冲之三号”在保真度方面也取得了进步，单量子比特门保真度从“祖冲之二号”的99.7%提升至99.90%，双量子比特门保真度则从99.2%提升至99.62%。
“祖冲之三号”量子处理器采用了倒装芯片技术，由两个蓝宝石芯片组成。其中一个芯片集成了105个量子比特和182个耦合器，另一个芯片则集成了所有的控制线和读取谐振器。“祖冲之三号”在相干时间方面也有了显著提高，弛豫时间（T1）延长至72微秒，退相位时间（T_2,CPMG）延长至58微秒。
读取性能是“祖冲之三号”的另一大亮点。为了提高读取速度和保真度，研究人员增强了量子比特与读取谐振器之间的耦合强度，并将其调整到约130 MHz，同时将读取谐振器的线宽调整到约10 MHz。在每次采样任务前，研究人员还会执行三轮测量，并应用相应的单量子比特门将量子比特重置为|0⟩态，以减少热噪声对态制备的影响，并缩短每次采样的时间。经过这些优化，83个量子比特的平均读取错误率被成功抑制到0.82%。
这些技术上的突破，不仅展示了我国在量子计算领域的雄厚实力，也为未来的量子计算研究和应用提供了宝贵的经验和启示。
