“九章四号”量子计算原型机研制成功，操纵3050个光子再破世界纪录

近期，我国中国科学技术大学传来喜讯。该校潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等科研人员组成的研究团队，携手济南量子技术研究院、山西大学、清华大学、上海人工智能实验室、崂山实验室、国家并行计算机工程技术研究中心等众多单位，共同研发出一款名为“九章四号”的可编程量子计算原型机。该原型机拥有1024个量子压缩态输入、8176个模式，实现了对高达3050个光子量子态的操纵与探测，再次刷新了光量子信息技术的世界纪录。在求解高斯玻色取样问题时，其速度比目前全球最快的超级计算机快10的54次方倍。这一突破性成果已于13日由国际知名学术期刊《自然》正式发表。

量子计算机是遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置，具有远超经典计算机的并行计算能力。目前主流量子计算技术路线包括超导、离子阱、光量子和中性原子等。作为光量子计算原型机，“九章”系列使用光子来编码量子比特，通过对光子的量子操控及测量来实现量子计算，自2020年成功构建以来，历经“九章二号”“九章三号”等升级迭代，实现“量子优越性”，多次刷新世界纪录。

然而，随着编码线路的日益庞大与复杂化，光子损耗的问题变得愈发严重，这无疑对光量子计算的能力构成了严峻的制约。中国科学技术大学的陆朝阳教授在接受采访时透露，他的研究团队在近期的研究中取得了突破性进展。他们成功研发了一种高效率的光参量振荡器光源以及时空混合编码干涉仪。通过将1024个高效率的压缩态光场巧妙地集成到一个时空混合编码的8176模式线路中，研究团队实现了连接度的立方级扩展。这一创新技术使得他们对高达3050个光子的操纵与探测能力得到了显著提升，这一成就已远超之前255个光子的“九章三号”所达到的水平。

通过实现数千光子的精确操控，我们迎来了算力质的飞跃。在执行高斯玻色取样任务时，“九章四号”展现出了令人瞩目的效率，仅需25微秒即可生成一个样本。相比之下，即便是利用目前全球最顶尖的超级计算机和最先进的经典算法，完成同样的任务也需要超过10的42次方的年。这一显著的量子优势，其量级更是高达10的54次方，彰显了量子计算在处理复杂问题上的巨大潜力。