安徽
日前，國際權威學術期刊《自然》刊發了一項重磅成果——由中國科學技術大學潘建偉院士領銜，陸朝陽、張強、劉乃樂等學者組成的團隊，聯合濟南量子技術研究院、山西大學、清華大學等多家國內科研機構，成功研制出1024個量子壓縮態輸入、8176模式的可編程量子計算原型機“九章四號”。
“九章四號”首次實現對高達3050個光子的量子態操縱與探測，這一成果再度刷新了光量子信息技術的世界紀錄。
面對高斯玻色采樣這一特定數學問題，當前全球最快的超級計算機“ElCapitan”在最優經典算法下，需要耗時超過10?2年。
而“九章四號”僅需25微秒——連一眨眼的千分之一都不到，量子優勢比達到10??量級，通俗地說，就是快了一百萬億億億億億億倍，這不是常規意義上的“快了一點”，而是計算范式的顛覆。
一、什么是量子計算機？
量子計算機何以實現對超算的“降維打擊”？答案在于底層計算邏輯的根本不同。
傳統計算機使用經典比特，任何時刻都只能處于0或1之中的確定狀態，如同在龐大迷宮中一次只能探一條岔路。
而量子計算機利用量子力學中的疊加原理，量子比特（qubit）可以同時處于0和1的疊加態，且量子比特數目每增加1個，可同時表征的計算狀態就會翻倍——N個量子比特即可同時表征2^N種狀態。
疊加態賦予量子計算機分身的本領，讓其在同一瞬并行遍歷海量計算路徑。兩者不是速度差距，而是“走迷宮”與“分身遍歷迷宮”的本質差異。
在諸多技術路線中，“九章四號”屬于光量子計算體系，以光子為量子比特的物理載體，通過對光子的量子操控和測量來實現計算任務。
二、“九章四號”憑什么這么強？
首次實現對3050個光子的量子態操縱與探測，是“九章四號”最直觀的突破性指標。
作為參照，前代“九章三號”光子數僅為255，此次一舉躍升超過10倍。但由于量子計算狀態空間隨光子數呈指數級增長，數字上10倍的提升對應的是遠超10倍的算力增益。
這一躍升的背后，是三個核心技術指標的協同突破：
①1024個量子壓縮態充當系統的“高能燃料”，普通光子如同汽油，壓縮態光子則是經過特殊制備的“航空燃料”，其量子漲落被大幅壓低，具備構建復雜量子糾纏的基礎；
②8176個模式相當于一座擁有8176條岔路的超級三維迷宮，光子在其中穿梭、干涉并相互影響；
③3050個光子就是同時在迷宮中奔跑的“參賽選手”，規模直接決定計算狀態空間的量級。
最為關鍵的技術突破，是團隊首創的“可編程時空混合編碼”架構。
在光量子計算領域，光子損耗長期制約系統規模的拓展——光路越復雜，光子越容易在半路“跑丟”，計算能力隨之大幅衰減。
傳統的應對思路是不斷增加光學器件，結果是體積膨脹、損耗惡化。而時空混合編碼架構讓光子在時間與空間兩個維度上同時干涉，在控制物理器件規模的前提下，極大提升了光路連通性。得益于此架構，系統光源效率達92%，總效率達51%，實現了連接度的立方級擴展。
在國際競爭層面，2019年谷歌超導處理器“懸鈴木”率先宣稱實現量子優越性，而后被中國團隊用創新經典算法推翻，暴露出其技術漏洞。
從2020年“九章”76光子首次在光學體系中實現量子優越性，到2021年“九章二號”113光子、2023年“九章三號”255光子，中國不僅是唯一在光量子和超導兩條技術路線均達成量子優越性的國家，更始終在光量子路線上保持世界領先。
此番“九章四號”以10??量級的量子優勢比再度衛冕全球最強量子計算優越性，進一步鞏固了這一地位。
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