【#九章四号诞生合肥再次惊艳世界# 】重磅科研突破！北京时间 5 月 13 日，国际权威学术期刊《自然》刊发重大成果。#比世界第一快百万亿亿亿亿亿亿倍的量子计算机在合肥问世#

由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等学者牵头，联合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等多家科研单位，成功研制可编程量子计算原型机“九章四号”。

该原型机具备 1024 个量子压缩态输入、8176 模式运行能力，首次实现 3050 个光子量子态的操纵与探测，相比此前最优成果提升超 10 倍。

1️⃣ 啥叫量子计算机？

量子计算机是一类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。

与经典计算的普通比特不同，量子计算机用的量子比特不是只有“0”或“1”，而是可以同时处于“0”和“1”的叠加态。借助叠加态与纠缠态，量子计算能够在同一时间并行处理大量计算路径，在特定问题上实现指数级加速。

目前主流量子比特技术路线包括超导、离子阱、光量子和中性原子等。“九章四号”是光量子计算原型机，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，是“九章”（2020年）、“九章二号”（2021年）、“九章三号”（2023年）量子计算原型机的再升级版。

2️⃣ “九章四号” 的算力有多恐怖？

目前世界上最快的超级计算机El Capitan，求解高斯玻色采样的特定复杂问题，约需10的42次方年，而“九章四号”只需要25微秒，比超算快超过百万亿亿亿亿亿亿倍。

这就是量子计算优越性，即在明确特定问题上，量子计算实现对经典超级计算机的大幅超越。

3️⃣ 这次升级了什么核心技术？

光量子计算走向更大规模一直被一个叫“光子损耗”的“拦路虎”阻挡：随着光学网络越来越大、越来越复杂，光子在里面极其容易跑丢，从而大幅削弱计算能力。

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。

过去如果要扩大规模，只能通过增加光学器件，导致设备庞大且损耗极高。“九章四号”让光子在时间和空间两个维度上同时发生干涉，极大提升了整个网络的连通性，又兼顾控制了物理器件的规模，进而获得了对高达3050个光子的操纵和探测能力，带来算力的指数级提升。

4️⃣ 1024个量子压缩态、8176模式、3050个光子是啥意思？

“1024个量子压缩态”可以通俗地理解为这台量子计算机运行时的“高能燃料”。在光量子计算中，压缩态光子具有极其特殊的量子特性，是构建复杂量子纠缠的基础。

“8176模式”指的是光子在计算网络中可以穿梭的“路径”或“维度”的总数。你可以把这想象成一个有着8176个出口的超级三维立体迷宫，光子在里面进行极复杂的干涉游走。

“3050个光子”就是3000多个量子比特。2023年问世的“九章三号”探测和操纵255个光子，“九章四号”提升了10倍多，意味着系统能够代表和处理的计算状态空间呈指数级增长，标志着人类操控微观量子世界的规模有了数量级的跨越。

5️⃣ 这项突破有什么用？

目前“九章”系列是极为强大的专用量子模拟机，它只擅长解决“高斯玻色取样”这样特定的数学问题。这个数学问题短期内可用于图像识别、图论计算等，长远还能生成玻色纠错码，是未来打造高稳定通用量子计算机的关键。

“九章四号”在规模与低损耗的双重领先优势为构建“万亿量子模式的三维簇态”和未来的“容错光量子计算硬件”提供了可能，为未来的通用量子计算机奠定了坚实基础。

从初代九章、九章二号、九章三号迭代至九章四号，我国持续刷新光量子计算世界纪录。依托九章系列光量子成果与祖冲之二号超导量子成果，我国成为全球唯一在光量子、超导量子两条技术路线上均实现量子计算优越性的国家。

量子计算优越性是当前一个国家量子计算研究实力的直接体现。2019年，中国科大联合团队就同一任务在超算上的求解时间和能耗，全面打破了美国谷歌公司的“量子霸权”宣称，重新定义了量子计算优越性的边界。

此次重磅成果落地合肥，则再度印证：中国光量子计算，稳居全球前沿行列。http://t.cn/AXiXPRty