"这组数据肯定出错了！"2025年3月3日凌晨，美国斯坦福大学量子实验室的马克教授反复刷新着《物理评论快报》的网页。屏幕上的论文显示，中国科大的"祖冲之三号"量子计算机，在特定数学问题上比当今最强超级计算机快千万亿倍——这个差距相当于人类眨眼的瞬间，超级计算机需要连续运转三千年。
这个震撼业界的成果，源自中国科学技术大学潘建伟团队最新研制的105比特超导量子芯片。它不仅打破了我国自主保持的量子优越性纪录，更以6个数量级的优势碾压了谷歌2024年10月发布的67比特量子处理器。这场科技竞赛的惊天逆转背后，藏着怎样的创新密码？
祖冲之三号芯片示意图。图片来源：中国科学技术大学
一：量子世界的"弯道超车"2019年谷歌"悬铃木"量子处理器横空出世时，曾宣称其200秒完成的任务需要传统超算运算一万年。这个说法在2023年被中国科大团队推翻——他们用1400块图形处理器组成的集群，仅用14秒就完成了相同计算。这场经典计算与量子计算的拉锯战，揭示了科技竞争中一个残酷真相：量子优越性的认定标准会随着经典算法的进步而动态变化。
左：Sycamore 量子计算机悬在低温恒温器中的艺术加工图；右：Sycamore 的照片。
中国团队选择了两条腿走路的策略：一方面在光量子体系持续突破，2023年"九章三号"已实现255光子、16个数量级的优越性；另一方面在超导体系埋头攻坚。此次"祖冲之三号"将量子比特数从66提升到105，更关键的是把两比特门保真度提高到99.62%，这相当于给量子芯片装上了"防抖云台"，让脆弱的量子态能完成更复杂的"计算体操"。
实验装置示意图
“九章三号”的计算复杂度需要花费超级计算机的时间
二：芯片里的微观革命在"祖冲之三号"指甲盖大小的芯片上，287个量子比特以二维网格精密排布。这种结构不仅方便扩展，更与表面码量子纠错算法完美适配。科研人员正在此基础上试验码距为7的纠错方案——就像给每个量子比特配备7个"警卫"，即使部分粒子出错，系统仍能保持正确运算。
相较于传统计算机的0/1二进制，量子比特的"叠加态"特性让它能同时处理海量可能性。以天气预报为例，传统超算需要数小时模拟大气中10^27个分子的运动，而105量子比特理论上可同时表征2^105种状态（约等于可见宇宙中原子总数的立方），这正是量子速度爆发的根源。
祖冲之三号芯片示意图。图片来源：中国科学技术大学
三：现实与未来的交响需要特别说明的是，当前量子优越性主要体现在"量子随机线路采样"等特定问题上，并非所有计算场景都适用。就像19世纪的蒸汽机车，虽然短距离竞速赛跑不过马车，但已展现出改变交通格局的潜力。
研究团队正基于该芯片探索三大方向：
1. 量子纠错：将纠错码距扩展到11，向实用化量子计算机迈进
2. 材料模拟：精确计算高温超导材料的电子行为，助力新能源开发
3. 药物研发：模拟蛋白质折叠过程，将新药研发周期从10年缩短到1年
四：科技竞合启示录这场量子竞赛中，中美呈现"交替领跑"态势：
2020年中国"九章"实现首个光量子优越性2021年"祖冲之二号"拿下超导体系首个严格证明 2024年谷歌67比特处理器短暂领先2025年中国以105比特再度反超
谷歌悬铃木及其同期的祖冲之二号，还有最新的祖冲之三号性能指标对比
正如《物理》杂志特邀评论指出："祖冲之三号不仅是硬件升级，更是系统工程的全方位突破。"从72微秒的量子相干时间到99.9%的门操作精度，每个0.1%的性能提升，都需要在极低温环境（-273℃）、电磁屏蔽、芯片封装等二十多个技术环节实现协同创新。
星辰大海的起点站在2025年的春天回望，从2016年"墨子号"量子卫星升空，到如今"祖冲之三号"问鼎超导量子计算。正如伟院士所说："量子计算就像新生儿，今天展现的只是它啼哭的力量，真正的奔跑才刚刚开始。"
当我们在手机屏幕上刷到这篇报道时，上海量子科学研究中心的无尘实验室里，科研人员已在调试新一代量子芯片。或许在不远的未来，打开天气预报APP时，我们收到的不仅是明日的阴晴，还有量子计算机从万亿种可能性中筛选出的最优解。
