打破世界纪录！速度超越超级计算机亿亿亿亿亿亿倍

当前全球运算能力最强的超级计算机，解决特定数学问题需要耗费约10的42次方年。而中国科研团队最新研发的“九章四号”量子计算设备仅需25微秒即可完成，速度比超级计算机快超过亿亿亿亿亿亿倍。

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等科研人员联合国内多家研究机构，成功打造出拥有1024个量子压缩态输入、8176模式的 programmable 量子计算样机“九章四号”，首次实现对高达3050个光子的量子态操控与探测，再次刷新光量子信息技术全球纪录。国际顶级学术期刊《自然》在13日当天刊载了这一研究成果。

量子计算机究竟是什么？它与日常使用的电脑有何本质区别？“九章四号”为何具备如此强大的性能？这一突破又意味着什么？新华社记者对科研团队进行了独家专访，为您带来专业解读。

问：什么是量子计算机？

答：量子计算机是一种依据量子力学原理运作的数学运算与逻辑处理设备，用于存储和处理量子信息。不同于传统计算中的普通比特，量子计算机采用的量子比特并非只能是“0”或“1”，而是能够同时呈现“0”和“1”的叠加状态。利用叠加态与纠缠态的特性，量子计算可以在同一时刻并行处理海量计算路径，在特定问题求解上实现指数级别的性能提升。

目前主流的量子比特技术路径包括超导、离子阱、光量子以及中性原子等。“九章四号”属于光量子计算样机，利用光子作为量子比特的载体，通过对光子的量子态操控与测量来完成计算任务，是“九章”（2020年）、“九章二号”（2021年）、“九章三号”（2023年）量子计算样机的最新迭代版本。

问：1024个量子压缩态、8176模式、3050个光子代表什么含义？

答：“1024个量子压缩态”可以通俗地理解为这台量子计算机运行所需的“核心能量”。在光量子计算领域，压缩态光子具有独特的量子属性，是构建复杂量子纠缠网络的根基。

“8176模式”指的是光子在整个计算网络中能够穿梭的“通道”或“维度”的总和。可以将其想象成一个拥有8176个出口的复杂三维迷宫，光子在其中进行极其精密的干涉运动。

“3050个光子”即代表3000多个量子比特。此前，“九章三号”能够操控255个光子，“九章四号”在这一能力上提升了十余倍，意味着系统所能表示和处理的计算状态空间呈指数级扩大，标志着人类操控微观量子世界的规模实现了质的飞跃。

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到“光子损耗”这一难题的制约：随着光学网络规模扩大、复杂度提升，光子在传输过程中极易丢失，从而严重削弱整体计算性能。

本次研究最重要的技术突破在于团队全球首次提出的“可编程时空混合编码”架构。传统方案要扩大规模，只能通过增加光学元件，导致设备体积庞大且损耗严重。“九章四号”创新性地让光子在时间和空间两个维度上同步发生干涉，在显著增强整个网络连通性的同时，有效控制了物理器件的规模，最终实现了对3050个光子的精准操控与探测，带来了计算能力的指数级增长。

问：这一成果具有怎样的意义？

答：当前“九章”系列是性能卓越的专用量子模拟机，主要擅长求解“高斯玻色取样”等特定数学问题。这类数学问题短期内可应用于图像识别、图论算法等领域，长期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核心技术环节。

“九章四号”在规模和低损耗方面建立的双重优势，为打造“万亿量子模式的三维簇态”以及未来的“容错光量子计算硬件”提供了可能，为通向通用量子计算机的之路奠定了重要基础。

要实现通用量子计算机，需要操控上百万个量子比特，同时还需具备纠错能力。这些目标的达成，都需要在现有量子计算样机的基础上持续迭代升级。（记者：陈诺、戴威、何曦悦）