【原】拨云见日，62Q的“祖冲之号”真的拥有全球最多量子比特数吗？

量子客 2021-05-10

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5月8日，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院发布称[1]，由中科大教授潘建伟、朱晓波、研究员彭承志等组成的研究团队，成功构造了62量子比特的可编程超导量子处理器，并以中国著名数学家和天文学家祖冲之的名字命名为“祖冲之号”。

1. 看点：国内发布62Q大规模量子比特位列第一

这是在学术界通过同行评审，公开发表论文里拥有最多量子比特的处理器。团队在此基础上实现了可编程的二维量子行走，是该领域的一个重要里程碑，相关研究成果于2021年5月7日在线发表在国际学术期刊《科学》杂志上[2]。

研究团队设计并构造了一个8x8的二维方形超导量子比特阵列，由62 (原本64个，其中有2个不工作) 个功能量子比特组成，并利用该装置演示了高保真的单粒子和双粒子量子行走过程。

图1｜二维方形超导量子比特阵列（来源：中科大）

诚如研究团队在论文中所表达的，在超导量子处理器上演示可编程量子行走，是一个重要的技术里程碑，为更复杂的量子多体模拟提供了坚实的基础，在未来可以进一步探索量子搜索算法，甚至向通用量子计算方向迈进。

的确，量子计算机具有快速并行计算能力，有望通过特定算法，成倍加速解决重要社会和经济问题，如密码破译、大数据优化、材料设计、药物分析等。因此量子计算机的进展时刻受到业界的关注，而常规恒定判断量子计算机的发展，多以量子比特数来判断。

朱晓波教授在多个公开场合就特别说明，不能以数量多来判断量子计算机的性能，还需要考虑量子比特的质量，操控情况等。

2. 公开报道和公开发表带来的歧义？

部分媒体在报道此次研究成果时，没有使用了“公开报道”一词。例如称“祖冲之号”为“目前世界上最大量子比特数的超导量子体系”。

而普通大众所理解的“公开报道”为在权威平台上进行正式对外报道则为公开报道，但是如果照此理解，“祖冲之号”并不能成为“目前公开报道的世界上最大量子比特数的超导量子体系”。而如果将“公开报道”理解为“公开发表论文”，则合情合理。

以此看来，目前世界上最大量子比特数的超导量子体系，分三种情况：

(1) 产业界：IBM65量子比特的“Hummingbird”可以在线使用，62量子比特的“祖冲之号”目前尚未进入产业界，尚未接入云端；

(2) 学术界：公开发表论文的情况下，对比谷歌53量子比特的“Sycamore”，62量子比特的“祖冲之号”是全球拥有超导量子比特数量最大的量子处理器；

(3) 研究界：这里不考虑性能好坏，单纯就量子比特数量来看，谷歌2018年的“Bristlecone”应当是研究界中超导量子比特数量最大的量子处理器。即便没有发表论文，谷歌仍在2018年洛杉矶举行的APS年会上展示了Bristlecone量子处理器。如果不拘泥于“公开发表”/“公开报道”的字眼，Bristlecone量子处理器最大量子比特数的超导量子体系实至名归。

3. 讨论：是否是世界上最大量子比特的超导体系？

就在该成果发布后，外界媒体报道良多，包括一些比较知名的科技媒体，直接宣称这是当前世界上最大量子比特数的体系。值得注意的是，多数媒体平台，将“祖冲之号”描述为“目前公开报道的世界上最大量子比特数的超导量子体系”，引发了一些争议。

图2｜其他媒体平台报道（来源：网络）

量子客后台也收到了很多留言询问：该62量子比特系统是否是世界上目前最大量子比特数的超导量子体系？是否是通用量子计算机？

这里“全球最大”的定义有一些含糊，是在学术界？还是在产业界？或者是有公开论文评审？

早在2020年9月，IBM曾公开发布65量子比特的系统。

图3｜IBM Hummingbird（来源：IBM）

同样基于超导量子路线的IBM Q发布的65量子比特后端系统名为ibmq_manhattan，其代号是Hummingbird R2.65Q.QV32。其中，R2表示第二版，65Q是该系统使用了65个可用量子比特，QV32指的是该量子处理最大量子体积为QV32 (量子体积是IBM提出的衡量量子计算系统性能的一个指标，详情可参考Qulib文章《深度全面解读量子计算机性能衡量标准——Quantum Volume》)。

图4｜后端系统ibmq_manhattan（来源：IBM）

据量子客核实官方信息，IBM Q在2020年9月就开始给客户提供第二版Hummingbird量子处理器，这是有史以来IBM对外发布的拥有65量子比特的最大量子系统。目前该芯片已经可以在线使用。

图5｜ibmq_manhattan技术参数（来源：IBM）

而后，在《墨子沙龙》官方账号上也看到了更为准确的描述，是“目前公开报道” (这里指的是学术发表的公开，而非产业界媒体或自身对外发布的“公开”)。

图6｜《墨子沙龙》报道（来源：网络截图）

如果从这个角度来说，除了谷歌实现量子霸权 (量子优越性) 的53Q处理器，那最大数量子比特的毫无疑问就是“祖冲之号”。但是产业界“真实”的进展情况也不容忽视。

众所周知，超导量子计算是最有希望实现可扩展量子计算的候选技术路线之一，其核心目标在于同步增加集成量子比特数量，提升超导量子比特的性能，在处理具体问题时实现指数级加速，并最终应用于实践。因此大规模的量子比特数的突破，给行业带来突破性信息冲击。

不仅仅是中科大类似的研究机构，科技巨头如IBM、谷歌和英特尔等，以及中国的首个量子计算初创公司，都选择了超导作为其发展量子计算的技术路线。

而早在2018年3月5日，谷歌在一个学术会议上发布了名为“Bristlecone”的量子处理器，拥有72个超导量子比特[4]。而在2019年10月23日，谷歌再次发布了名为“Sycamore”的量子处理器，拥有53个超导量子比特，并实现量子霸权，发文于《自然》杂志，其量子计算芯片性能超越了Bristlecone[5]。