5月13日，中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等團隊在《自然》雜志上發表了一項重磅成果——“九章四號”量子計算原型機研制成功。它在特定數學問題上的計算速度，比當前全球最快的超級計算機快了1054倍。用通俗的話說，超級計算機需要1042年才能完成的任務，“九章四號”隻需25微秒。

這一領先程度大到令人難以想象，1054倍這個數更是大到連“億億億億億億倍”都不足以形容。

第一問：算速躍升是如何實現的？

團隊成員告訴科技日報記者：“要理解‘九章四號’計算速度的飛躍，先要弄懂3個核心數字：量子壓縮態數量、模式數、光子數。”

首先是量子壓縮態數量為1024個。量子壓縮態就像量子計算機的“高能燃料”，普通光子就像汽油，而壓縮態光子是經過特殊“擠壓”的，它的量子漲落被大幅壓低，從而具備了構建復雜量子糾纏的能力。壓縮態越多，能發動的“量子引擎”就越強勁，而“九章四號”使用了1024個量子壓縮態。

其次是8176個模式數。這指的是光子在計算網絡中可能穿行的“路徑”數量。“可以想象一個擁有8176個出口的超級三維迷宮，光子在裡面穿梭、干涉、相互影響，每一個模式都是一條可能的計算通道。”該研究人員介紹。

第三是3050個光子。這可以看作是同時在“迷宮”裡奔跑的選手數量。上一代“九章三號”隻有255個光子，而“九章四號”一口氣提升至3050個，提高了10倍以上。由於量子計算的計算狀態空間是指數級增長的，光子數提升10倍，實際算力增益遠超這個倍數。團隊成員表示：“這正是量子計算‘碾壓’經典計算的根源。”

第二問：主要技術突破是什麼？

光量子計算有一個“死穴”——光子損耗。“迷宮”越復雜，光子越容易在半路“跑丟”。過去，這個問題像一堵高牆擋住了光量子計算機邁向大規模應用的道路。

回顧“九章”家族的進化史，團隊成員告訴記者，從2020年“九章”的76光子首次証明光量子路線可行，到2026年“九章四號”的3050光子突破損耗瓶頸，邁向容錯量子計算，光子數提升了約40倍，加速比提升了約1040倍。

“九章四號”團隊首創了一套“可編程時空混合編碼”架構。其核心思想是讓光子在時間和空間兩個維度上同時發生干涉。

記者了解到，以前只能靠不斷增加光學器件來擴大規模，結果設備越來越臃腫，損耗越來越高﹔現在，新架構在控制器件數量的同時，極大提升了光路的連通性。光源效率高達92%，系統總效率達到51%。正是這一突破，讓團隊首次實現了對3050個光子的操縱和探測，系統可在維度高達102461的希爾伯特空間中進行採樣。

從國際上看，2019年谷歌的“懸鈴木”曾宣稱實現所謂“量子霸權”（即量子計算優越性），但后來被中國團隊用更聰明的經典算法推翻，其優勢被証明存在漏洞。之后，加拿大Xanadu量子計算公司的“北極光”處理器（216光子），是國際上第二個實現光學量子計算優越性的系統。

而“九章四號”以3050個光子、1054倍計算速度的優勢大幅領先，成功建立了國際上最強的量子計算優越性。值得一提的是，中國是全球唯一在光量子和超導兩條技術路線上均實現量子計算優越性的國家。

第三問：這項成果價值幾何？

團隊成員表示：“‘九章四號’目前是一台專用量子模擬機，即原型機，不是通用量子計算機，它最擅長解決的是‘高斯玻色採樣’這一特定數學問題。”

求解這個問題有用嗎？該成員表示，短期有用，長期更是不可或缺。

“短期應用表現在高斯玻色採樣可以用於圖像識別、圖論計算、機器學習等領域。比如，團隊已經用‘九章三號’完成了稠密子圖等圖論問題的求解。聽起來玄幻的理論，恰恰是人工智能、新藥研發、材料設計等前沿方向的核心數學工具。”這名團隊成員說，“九章四號”的長期價值則表現在能夠生成玻色糾錯碼和大規模量子糾纏簇態。而糾錯能力，正是未來通用量子計算機從“玩具”變成“工具”的關鍵。

1946年，世界上第一台電子計算機誕生時，沒有人能預見其會開啟整個信息時代。今天的量子計算，正處在“小荷才露尖尖角”的階段，它還會有哪些神奇應用，又將如何改變未來，我們拭目以待。

（記者吳長峰）