Zuchongzhi-3, un prototype de calcul quantique supraconducteur avec 105 qubits et 182 coupleurs, a fait des progrès significatifs dans l'échantillonnage aléatoire des circuits quantiques. Ce prototype a été développé avec succès par une équipe de recherche de l'Université des sciences et de la technologie de Chine (USTC).
Ce prototype fonctionne à une vitesse de 1015 Des temps plus rapides que le supercalculateur le plus rapide actuellement disponible et un million de fois plus vite que les derniers résultats publiés par Google. Cette réussite marque une étape importante pour améliorer les performances du calcul quantique, après le succès de Zuchongzhi-2. Les résultats de la recherche ont été publiés comme l'article de couverture dans Lettres d'examen physique.
La suprématie quantique est la démonstration d'un ordinateur quantique capable d'effectuer des tâches qui sont irréalisables pour les ordinateurs classiques. En 2019, le processeur Sycamore de 53 qubit de Google a terminé une tâche d'échantillonnage de circuit aléatoire en 200 secondes, une tâche qui aurait mis environ 10 000 ans à simuler sur le supercalculateur le plus rapide du monde à l'époque.
Cependant, en 2023, l'USTC a démontré des algorithmes classiques plus avancés, terminant la même tâche en environ 14 secondes en utilisant plus de 1 400 GPU A100. Avec l'utilisation de superordinateurs de frontières équipés d'une mémoire plus grande, la tâche devrait être terminée en seulement 1,6 seconde. En conséquence, la revendication de Google de « suprématie informatique quantique » à l'époque a été renversée.
Par la suite, en utilisant l'algorithme classique optimal comme référence, la même équipe d'USTC a réalisé la première suprématie quantique rigoureusement prouvée avec la prototype de calcul quantique photonique « Jiuzhang » en 2020. Elle a été suivie en 2021 par la réalisation du même processeur.
En 2023, le développement par l'équipe du 255 photon Jiuzhang-3 a démontré la suprématie quantique qui a dépassé les supercalculateurs classiques par 1016 fois. En octobre 2024, le processeur quantique supraconducteur de 67 quilles de Google, Sycamore, a démontré la suprématie quantique en surpassant les supercomputeurs classiques par neuf ordres de grandeur.
S'appuyant sur le Zuchongzhi-2 de 66 qubit, l'équipe de recherche USTC a considérablement amélioré les mesures de performance clés pour développer Zuchongzhi-3, qui comprend 105 qubits et 182 coupleurs. Le processeur quantique atteint un temps de cohérence de 72 μs, une fidélité parallèle à une porte à qubit de 99,90%, une fidélité de porte parallèle à deux qubit de 99,62% et une fidélité de lecture parallèle de 99,13%. Le temps de cohérence étendu fournit la durée nécessaire pour effectuer des opérations et des calculs plus complexes.
Pour évaluer ses capacités, l'équipe a effectué une tâche d'échantillonnage de circuit aléatoire de 83 qubit et 32 couches sur le système. Par rapport à l'algorithme classique optimal actuel, la vitesse de calcul dépasse celle du supercalculateur le plus puissant du monde par 15 ordres de grandeur. De plus, il surpasse les derniers résultats publiés par Google en octobre de l'année dernière par 6 ordres de grandeur, établissant le plus fort avantage de calcul quantique dans le système supraconducteur à ce jour.
Suite à la réalisation de l'avantage de calcul quantique le plus fort avec Zuchongzhi-3, l'équipe fait progresser activement la recherche sur la correction d'erreur quantique, l'intrication quantique, la simulation quantique, la chimie quantique et d'autres domaines. Les chercheurs ont adopté une architecture de qubit de réseau 2D, facilitant des interconnexions efficaces entre les qubits et améliorant les taux de transfert de données.
Sur la base de cette architecture, l'équipe a intégré le code de surface et recherche activement la correction d'erreur quantique avec un code de surface de distance-7. Des plans sont en place pour augmenter cette distance à 9 et 11, ouvrant la voie à une intégration et une manipulation massives des bits quantiques.
Le travail de l'équipe a une importance profonde et a été largement acclamé. Un réviseur de journal l'a décrit comme «compamer un nouvel ordinateur quantique supraconducteur, qui montre des performances de pointe» et une «mise à niveau significative par rapport au dispositif de 66 qubit précédent (Zuchongzhi-2)».
L'équipe de recherche comprenait Pan Jianwei, Zhu Xiaobo et Peng Chengzhi, en collaboration avec le Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Henan Key Laboratory of Quantum Information and Cryptography, China National Institute of Metrology, Jinan Institute of Quantum Technology, School of Microélectronics de l'Université Xidian et l'Institut de la physique théorique sous l'Académie chinoise de Sciences.
