中國科學家成功研製“九章四號”量子計算原型機

記者5月13日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、陸朝陽、張強、劉乃樂等組成的研究團隊，聯合濟南量子技術研究院、山西大學、清華大學、上海人工智能實驗室、嶗山實驗室、國家並行計算機工程技術研究中心等單位，成功研製出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”，首次操縱和探測高達3050個光子的量子態，再度刷新光量子信息技術世界紀錄，求解高斯玻色取樣問題比目前全球最快的超級計算機快10的54次方倍。國際知名學術期刊《自然》13日發表了該成果。

“九章四號”量子計算原型機示意圖。（科研團隊供圖）

量子計算機是遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置，具有遠超經典計算機的並行計算能力。目前主流量子計算技術路線包括超導、離子阱、光量子和中性原子等。作為光量子計算原型機，“九章”系列使用光子來編碼量子比特，通過對光子的量子操控及測量來實現量子計算，自2020年成功構建以來，歷經“九章二號”“九章三號”等升級迭代，實現“量子優越性”，多次刷新世界紀錄。

4月10日拍攝的“九章四號”量子計算原型機局部。新華社記者 周牧 攝

然而，由於編碼線路日益龐大複雜，不可避免的光子損耗一直嚴重制約著光量子計算的能力。中國科大教授陸朝陽告訴記者，此次研究團隊研發了高效率的光參量振蕩器光源和時空混合編碼干涉儀，將1024個高效率壓縮態光場集成到一個時空混合編碼的8176模式線路中，實現了連接度的立方級擴展，進而獲得了對高達3050個光子的操縱和探測能力，遠超255個光子的“九章三號”。

“九章四號”相對目前最快超級計算機的加速比。（科研團隊供圖）

數千光子的操控規模帶來算力的指數級提升。“九章四號”在執行高斯玻色取樣任務中，生成一個樣本僅需25微秒，而使用目前世界上最強大的超級計算機和最好的經典演算法，需要超過10的42次方年的時間，量子優勢比達到10的54次方量級。

記者了解到，“九章四號”成果代表了低損耗光量子處理器在規模和複雜度上的重大飛躍，進一步鞏固了我國在光量子計算領域的世界領先地位，為構建“萬億量子模式的三維簇態”和未來的“容錯光量子計算硬體”提供了更多可能性。（記者陳諾、何曦悅）

4月10日拍攝的“九章四號”量子計算原型機局部。新華社記者 周牧 攝

4月10日拍攝的“九章四號”量子計算原型機局部。新華社記者 周牧 攝

4月10日拍攝的“九章四號”量子計算原型機局部。新華社記者 周牧 攝

4月2日拍攝的“九章四號”量子計算原型機局部。新華社發（蔡旻昊攝）

4月10日拍攝的“九章四號”量子計算原型機局部。新華社記者 周牧 攝

4月2日拍攝的“九章四號”量子計算原型機局部。新華社發（蔡旻昊攝）