A research team has successfully designed a 66-qubit programmable superconducting quantum computing system named Zuchongzhi 2.1, significantly enhancing the quantum computational advantage.

    The study is led by renowned Chinese quantum physicist Pan Jianwei of the University of Science and Technology of China, and was published online on 25 October in the journal Physical Review Letters and Science Bulletin respectively.

    Chinese research teams have made marked progress in superconducting quantum computing (Zuchongzhi 2.1) and photonics quantum computing technology (Jiuzhang 2.0), making China the only country to achieve quantum computational advantage in two mainstream technical routes, analysts said on authoritative physics websites.

    Jiuzhang 2.0 is faster than the world's fastest existing supercomputer

    According to the essay released in Physical Review Letters, Jiuzhang 2.0, with 113 detected photons, has made a major breakthrough in quantum computational speedup.

    In the study, Gaussian boson sampling (GBS) was used to provide a highly efficient way of demonstrating quantum computational speedup in solving some well-defined tasks.

    With 113 detected photons, Jiuzhang 2.0 can implement large -scale GBS septillion times faster than the world's fastest existing supercomputer.

    Zuchongzhi 2.1 performs large-scale random quantum circuits sampling

    Zuchongzhi 2.1 is a 66-qubit programmable superconducting quantum computing system, which significantly enhances the quantum computational advantage.

    With an improved average readout fidelity of 97.74 percent, Zuchongzhi 2.1 can perform large -scale random quantum circuits, sampling about 10 million times faster than the fastest existing supercomputer.

    "This indicates that our research has entered its second stage to start realizing fault-tolerating quantum computing and near -term applications, such as quantum machine learning and quantum chemistry," said Zhu Xiaobo, a member of the research team.

    Comments from the authoritative physics website

    Physics World said that the computational goal is to work out the probability that a certain input configuration would lead to a certain output configuration. It turns out that this task is exceedingly difficult for a conventional computer if the quantum circuits have more than a few tens of inputs and outputs.

    A quantum computer, however, can use quantum sampling techniques to calculate random instances of the probability distribution in much less time than a classical computer. As a result, sampling experiments are a way to demonstrate quantum advantage, and the idea that quantum computers are much better than their classical counterparts at solving certain problems.

    In the first paper, Pan and his colleagues explain how they used a technique called Gaussian boson sampling to analyze the output of a 144 -mode optical interferometer.

    The team says that their system has 10^43 possible outcomes and that their implementation can sample the output 10^24 times faster than a classical supercomputer. This quantum speedup is a huge increase over the team's previous result of 10^14 times, which they reported in December 2020. The result makes it extremely unlikely that a specialized classical algorithm can be devised to match this performance, thereby establishing quantum advantage.

    In the second paper, another team led by Pan used a quantum computer that comprised 66 transmon superconducting qubits that are connected via 100 tuneable couplers. Their sampling experiment involved using 56 of the qubits, and the system was put through 20 quantum logic cycles.

    Barry C. Sanders, director of the Institute for Quantum Science and Technology at the University of Calgary in Canada, released an article on American Physical Society website, saying that, "The two experimental quantum computers tackle the most complex problems yet, suggesting an end to the debate on whether quantum 'primacy'—the point at which a quantum computer outperforms the best possible classical computer—can be reached. "

    American Physical Society commented that these two experiments represent the rapid advancement in experimental quantum sampling, establishing more firmly that we are in an age of quantum primacy for computing, thus further motivating efforts to put quantum sampling to practical use.