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來源：互聯網

祖沖之號，是由中國科大中科院量子信息與量子科技創新研究院潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊，成功研制出的62比特可編程超導量子計算原型機。其命名源于發現了圓周率近似值以及創立割圓術的中國古代數學家祖沖之。

潘建偉、朱曉波、彭承志等長期瞄準超導量子計算的核心目標，于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％，打破了之前的紀錄。隨后該團隊將芯片結構從一維擴展到準二維，制備出了包含24個比特的高性能超導量子處理器，并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。2021年5月，研究團隊在自主研制二維結構超導量子比特芯片的基礎上，成功構建了可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”，并在該系統上成功進行了二維可編程量子行走的演示，相關研究成果于2021年5月7日發表在國際學術期刊《科學》雜志上。同年10月26日，“祖沖之二號”原型機被團隊成功研制。2023年5月31日，接入“祖沖之號”同款176比特超導量子計算機的新一代量子計算云平臺在安徽合肥正式發布。刷新了中國云平臺的超導量子計算機比特數紀錄。2025年3月3日，超導量子計算原型機“祖沖之三號”研制成功，再次打破超導體系量子計算優越性世界紀錄。

截至2025年3月，新型“祖沖之三號”共包含105個可讀取比特和182個耦合比特，多項關鍵性能指標大幅提升。經測試，祖沖之三號完成83比特32層的隨機線路采樣，計算速度比當下最快的超級計算機快千萬億倍。“祖沖之號”的研究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了技術基礎，基于“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具有潛在應用，是后續發展的重要方向。

歷史沿革

技術背景

量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，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、材料設計、藥物分析等）相比經典計算機實現指數級別的加速。量子計算機研制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。

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，并最終應用于實際問題中。

前期工作

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％（Phys. Rev. Lett. 122, 110501 (2019)），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（Science 364, 753 (2019)）。隨后，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，并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(Phys. Rev. Lett. 123, 050502 (2019))。

2020年，中國科學家構建的76個光子的量子計算原型機“九章一號”，求解數學算法高斯薩特延德拉·玻色抽樣只需200秒，使中國首次實現“量子計算優越性”。

研制過程

2021年5月7日，中國科學技術大學中科院量子信息與量子科技創新研究院潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊，成功研制了62比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”。研究團隊在二維結構的超導量子比特芯片上，觀察了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，同時通過調制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。相關研究成果被在線發表在國際學術期刊《科學》雜志上。?同年5月，研究團隊在“祖沖之一號”的基礎上，研制成功了“祖沖之二號”，解決了大規模比特集成的問題。通過量子編程的方式，研究人員實現了對量子隨機線路抽樣，演示了“祖沖之二號”可用于執行任意量子算法的編程能力。

2021年6月28日，中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉的團隊在arXiv平臺上傳題為“Strong quantum computational advantage using a superconducting quantum processor”（使用超導量子處理器具備強大的量子計算優勢）的論文預印版。潘建偉團隊稱，為了證明量子計算的優越性，用高精度的控制將量子位擴展到大量量子位是必不可少的。該團隊開發了一個二維可編程超導量子處理器——祖沖之號，它是由66個功能量子比特組成的可調諧耦合結構，這比之前的原型機增加了4個量子比特。潘建偉團隊表示，實驗結果表明，該處理器能夠僅用56個量子比特、20個周期，就完成相關采樣任務。

2021年10月26日，中國科學技術大學發布消息，潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊與中科院上海技術物理研究所合作，成功構建66比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”，使得中國首次在超導體系達到了“量子計算優越性”里程碑。此外，研究團隊之一的國盾量子披露了最新進展：“祖沖之2.1”所完成任務的難度比“祖沖之2.0”又高出了3個數量級。

2022年，中國科學家在“祖沖之二號”超導量子處理器上實現了碼距為3的表面碼量子糾錯，首次驗證了表面碼方案的可行性。

2023年5月31日，接入“祖沖之號”同款176比特超導量子計算機的新一代量子計算云平臺在安徽合肥正式發布。刷新了中國云平臺的超導量子計算機比特數紀錄，也是國際上首個在超導量子路線上具有實現量子優越性潛力、對外開放的量子計算云平臺，進一步推動量子計算軟硬件發展及生態建設。

2024年8月，中國科學技術大學超導量子團隊與北京大學理論團隊合作的一項研究，實現了對氫氣、鋰氫化物和氟氣等分子的基態能量近似求解，并在氫氣和鋰氫化物分子上達到了化學精度，而執行該次任務的便是超導量子計算機“祖沖之二號”。量子計算化學主要計算的就是原子核外電子相互作用形成的穩定狀態和對應的能量大小，這次實驗所獲得高質量實驗結果，既是對已有理論的實踐檢驗，又是在含噪聲的量子計算機上的實驗技術實現，是推動量子計算化學從理論到實驗實踐的重要進步，展現出突破算力瓶頸潛力。

2024年12月17日，由中國科學家研制的“祖沖之三號”量子計算機在arXiv線上發表。祖沖之三號超過了谷歌于2024年10月發表于《自然》期刊的進展——72比特“懸鈴木屬”處理器6個數量級，成為目前超導量子計算的最強優越性。中國科學技術大學超導量子團隊基于“祖沖之三號”處理器開展相關工作，計劃在數月內實現碼距為7的表面碼邏輯比特，并進一步將碼距擴展到9和11，為實現大規模量子比特的集成和操縱鋪平道路。

2025年3月3日，105比特超導量子計算原型機“祖沖之三號”研制成功，處理量子隨機線路采樣問題的速度比當下國際最快的超級計算機快千萬億倍，再次打破超導體系量子計算優越性世界紀錄。國際知名學術期刊《物理評論快報》發表了這一成果，審稿人認為其“構建了目前最高水準的超導量子計算機”。

技術特點

祖沖之號

可編程超導量子計算原型機祖沖之號誕生時共包含62個比特。

祖沖之二號

祖沖之二號采用全新的倒裝焊3D封裝工藝，實現了66個數據比特、110個耦合比特、11路讀取的高密度集成，最大態空間維度達到了10的19次方，計算速度比當下最快的超級計算機快了7個數量級。

祖沖之號量子計算云平臺

2023年，中國科學技術大學“祖沖之號”研發團隊在原“祖沖之號”66比特的芯片基礎上做出提升，新增了110個耦合比特的控制接口，使得用戶可操縱的量子比特數達到176比特。除了比特規模，在其他涉及量子計算機性能的連通性、保真度、相干時間等關鍵指標上，“祖沖之號”云平臺接入的新一代量子計算機的設計指標也瞄準國際最高水平，不斷在實際中調試提升其性能。

祖沖之三號

“祖沖之三號”超導量子計算機在前代的基礎上，進一步優化了設計與工藝，在比特數與性能上面都有了全方位的提升。祖沖之三號包含105個可讀取比特和182個耦合比特，多項關鍵性能指標大幅提升。經測試，祖沖之三號完成83比特32層的隨機線路采樣，計算速度比當前最快的超級計算機快千萬億倍。

研發團隊

祖沖之號由中國科學技術大學中科院量子信息與量子科技創新研究院潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊研制。

此外，在祖沖之二號論文中，特別感謝了國盾量子在室溫電子學系統搭建和維護上的貢獻。除了中國科學技術大學研究員、國盾量子董事長彭承志外，該公司量子調控部洪林音、楊威風、周亮是論文的署名作者，并有多名其他技術人員參與了“祖沖之二號”項目。

價值意義

祖沖之號研究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了技術基礎。此外，基于“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具有潛在應用，將是后續發展的重要方向，受到了中國科學院、安徽省、科技部、上海市和基金委的支持。

所獲榮譽

2021年12月，中央廣播電視總臺發布2021年度國內十大科技新聞和國際十大科技新聞，“祖沖之號問世”入選國內十大科技新聞。

2022年2月28日，科學技術部高技術研究發展中心（基礎研究管理中心）發布2021年度中國科學十大進展，祖沖之號入選。

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