中國量子新突破！莊子2.0超導(dǎo)芯片78比特雙提升，奠基容錯量子計算

近日，中科院團隊研發(fā)的78比特超導(dǎo)量子芯片“莊子2.0” 取得重大科研突破，實現(xiàn)比特數(shù)與保真度雙重提升，更首次在相關(guān)研究中實現(xiàn)量子模擬對經(jīng)典數(shù)值算法的超越，為我國容錯量子計算發(fā)展筑牢核心技術(shù)基礎(chǔ)，也讓中國在超導(dǎo)量子計算領(lǐng)域的國際競爭力再攀新階。

核心硬件：78比特芯片實現(xiàn)“量質(zhì)齊升”

“莊子2.0”是采用倒裝焊技術(shù)打造的高性能超導(dǎo)量子處理器，區(qū)別于傳統(tǒng)量子芯片單純堆砌比特數(shù)，這款芯片的突破是全流程系統(tǒng)性優(yōu)化的成果：

- 以6×13方格陣列集成78個量子比特+137個可調(diào)耦合器，可實現(xiàn)全部單元的精準(zhǔn)控制

- 為復(fù)雜量子系統(tǒng)模擬提供強硬件支撐，是實驗、數(shù)值、理論三方協(xié)同攻堅的重要成果

關(guān)鍵實驗：四大核心突破刷新國內(nèi)紀錄

基于“莊子2.0”的系列實驗，斬獲多項原創(chuàng)性成果，一系列核心數(shù)據(jù)刷新國內(nèi)量子模擬紀錄，展現(xiàn)出芯片的超高性能：

1. 首次觀測可控預(yù)熱化平臺：清晰捕捉到量子系統(tǒng)熱化前的亞穩(wěn)態(tài)預(yù)熱化平臺，完整觀測1000個驅(qū)動周期達到最大熵Page Value的熱化動力學(xué)全過程，證實預(yù)熱化的可控性。

2. 實現(xiàn)3ns超高頻驅(qū)動：在超導(dǎo)量子系統(tǒng)特征時間內(nèi)完成超高頻驅(qū)動，觀測到可調(diào)節(jié)的預(yù)熱化壽命τ，且壽命滿足τ∝(1/T)2n+1（n=0,1,2） 冪律關(guān)系，為人工調(diào)控量子系統(tǒng)提供新規(guī)律。

3. 超高保真度表現(xiàn)亮眼：78比特大規(guī)模量子系統(tǒng)經(jīng)1000個驅(qū)動周期復(fù)雜演化后，粒子數(shù)占據(jù)保真度仍保持90%以上，即便存在靜態(tài)儀器噪聲，預(yù)熱化現(xiàn)象依然穩(wěn)健，驗證芯片穩(wěn)定性與可靠性。

4. 首次實現(xiàn)量子模擬超越經(jīng)典：針對78比特隨機多極驅(qū)動預(yù)熱化這一經(jīng)典計算難題，當(dāng)前最先進的張量網(wǎng)絡(luò)等經(jīng)典數(shù)值算法已無法有效模擬，而“莊子2.0”可精準(zhǔn)還原動力學(xué)行為，實現(xiàn)量子對經(jīng)典的超越。

此外，實驗還首次觀測到熵的預(yù)熱化平臺非均勻性及面積律到體積律的轉(zhuǎn)變，為時間晶體、多體局域化等量子物理熱點研究拓寬新方向，該實驗方案更是國際首次在量子模擬器上實現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)性研究。

技術(shù)意義：為容錯量子計算筑牢基礎(chǔ)

量子計算是下一代信息技術(shù)的核心，而容錯量子計算是量子計算從實驗室原型走向?qū)嵱没年P(guān)鍵門檻。

“莊子2.0”的突破，不僅驗證了我國在超導(dǎo)量子芯片硬件研發(fā)的自主創(chuàng)新能力，更在量子模擬核心科學(xué)問題上取得原創(chuàng)性成果，為后續(xù)攻克容錯量子計算關(guān)鍵技術(shù)提供了重要實驗依據(jù)和技術(shù)積累。

從“祖沖之”系列到“莊子2.0”，中國科研團隊在超導(dǎo)量子計算領(lǐng)域持續(xù)突破，不斷拉近量子計算機從理論到現(xiàn)實的距離。未來，隨著比特數(shù)提升、保真度優(yōu)化，量子計算有望在藥物研發(fā)、材料設(shè)計、氣象預(yù)報、密碼學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的作用，中國正以堅實的科研步伐，在量子科技全球競賽中占據(jù)重要一席。

莊子2.0核心數(shù)據(jù)速覽

? 芯片規(guī)格：78量子比特+137可調(diào)耦合器，6×13方格陣列布局

? 驅(qū)動性能：3ns超高頻驅(qū)動，支持1000個驅(qū)動周期連續(xù)演化

? 保真度：78比特系統(tǒng)演化后，粒子數(shù)占據(jù)保真度≥90%

? 核心突破：首次實現(xiàn)隨機多極驅(qū)動預(yù)熱化量子模擬超越經(jīng)典張量網(wǎng)絡(luò)算法

? 關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：觀測可控預(yù)熱化平臺，預(yù)熱化壽命滿足τ∝(1/T)2n+1冪律關(guān)系