九章四号问世：中国量子算力再创新高

新华社合肥5月13日电（记者陈诺、戴威、何曦悦）当前全球最顶尖的超级计算机，处理特定数学难题大约需要10的42次方年。而由我国科学家最新研发成功的“九章四号”量子计算原型机，仅需25微秒即可完成，其运算速度比传统超算高出亿亿亿亿亿亿倍以上。

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等领衔的研究团队，携手国内多家科研机构，成功打造出拥有1024个量子压缩态输入、8176模式的可编程量子计算原型机“九章四号”。该成果首次实现了对高达3050个光子量子态的操控与探测，再次刷新了光量子信息技术的世界纪录。国际权威学术期刊《自然》于13日正式刊登了此项研究成果。

究竟什么是量子计算机？它与普通电脑有何差异？“九章四号”为何如此强大？这项突破又意味着什么？新华社记者独家专访科研团队，带来权威深度解读。

答：量子计算机是一种依据量子力学原理，进行高速数学与逻辑运算、存储及处理量子信息的物理设备。不同于经典计算中的普通比特，量子计算机使用的量子比特并非仅局限于“0”或“1”，而是能同时处于“0”和“1”的叠加状态。借助叠加态与纠缠态，量子计算得以在同一时刻并行处理海量计算路径，在特定问题上实现指数级的加速效果。

当前主流的量子比特技术路线涵盖超导、离子阱、光量子及中性原子等。“九章四号”属于光量子计算原型机，采用光子编码量子比特，通过光子的量子操控与测量来完成计算任务，是继“九章”（2020年）、“九章二号”（2021年）、“九章三号”（2023年）之后的又一重大升级版本。

问：1024个量子压缩态、8176模式、3050个光子具体指什么？

答：“1024个量子压缩态”可通俗理解为这台量子计算机运行时的“高能燃料”。在光量子计算领域，压缩态光子具备极为独特的量子属性，是构建复杂量子纠缠结构的基础。

“8176模式”是指光子在计算网络中能够穿梭的“路径”或“维度”总数。不妨将其想象为一个拥有8176个出口的超级三维立体迷宫，光子在其中进行极其复杂的干涉游走。

“3050个光子”即相当于3000多个量子比特。此前，“九章三号”仅能探测和操纵255个光子，“九章四号”实现了十倍以上的提升，这意味着系统所能代表及处理的计算状态空间呈指数级扩张，标志着人类操控微观量子世界的规模实现了数量级的飞跃。

问：“九章四号”最核心的技术突破是什么？

答：光量子计算向更大规模发展长期受困于“光子损耗”这一“拦路虎”：随着光学网络日益庞大复杂，光子极易流失，从而严重削弱计算能力。

此次最大的技术突破在于团队首创的“可编程时空混合编码”架构。以往若要扩大规模，只能增加光学器件，导致设备体积庞大且损耗极高。“九章四号”让光子在时间与空间两个维度上同时产生干涉，大幅提升了整个网络的连通性，同时兼顾控制了物理器件的规模，从而获得了对高达3050个光子的精准操纵与探测能力，实现了算力的指数级跃升。

问：这项成果意味着什么？

答：目前“九章”系列是功能强大的专用量子模拟机，仅擅长解决“高斯玻色取样”等特定数学问题。该数学问题短期内可用于图像识别、图论计算等领域，长远来看还能生成玻色纠错码，是未来构建高稳定性通用量子计算机的关键。

“九章四号”在规模与低损耗方面的双重领先优势，为构建“万亿量子模式的三维簇态”及未来的“容错光量子计算硬件”提供了可能，为通用量子计算机的未来发展奠定了坚实基础。

要实现通用量子计算机，需要操控上百万个量子比特，并具备纠错能力。这些目标都需要在现有量子计算原型机的基础上不断迭代，逐步实现。