中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等科研人员组成的团队，联合国内多家科研机构，成功研制出新一代光量子计算原型机“九章四号”。该设备在求解特定数学问题时的速度远超现有超级计算机，仅需25微秒即可完成目前最快超算约需10的42次方年的计算任务，性能提升超过亿亿亿亿亿亿倍。国际权威学术期刊《自然》于近日发表了这一突破性成果。
与传统计算机采用二进制比特不同，量子计算机利用量子比特的叠加态特性，可同时处理“0”和“1”两种状态。这种并行计算能力使量子计算机在特定问题上具备指数级加速优势。“九章四号”作为光量子计算原型机，通过操控光子实现量子计算，其技术路线属于当前主流的超导、离子阱、光量子和中性原子四大方向之一。
该设备实现了三项关键技术指标的突破：采用1024个量子压缩态作为计算资源，构建了8176模式的光子计算网络，并成功操纵和探测3050个光子。科研团队解释，量子压缩态如同量子计算的“高能燃料”，而8176模式则相当于为光子提供了8176条并行计算路径。相较于前代“九章三号”的255个光子操控能力，“九章四号”将这一数字提升了十余倍，使系统可处理的计算状态空间呈指数级增长。
研发过程中最大的挑战来自光子损耗问题。随着光学网络规模扩大，光子在传输过程中极易丢失，导致计算能力下降。研究团队创新性地提出“可编程时空混合编码”架构，通过让光子在时间和空间两个维度同时发生干涉，既增强了网络连通性，又控制了物理器件规模。这一突破使设备在保持紧凑结构的同时，实现了对3050个光子的精准操控。
尽管“九章”系列目前属于专用量子模拟机，仅能高效解决“高斯玻色取样”等特定问题，但其技术突破具有重要战略意义。该数学问题在图像识别、图论计算等领域已有短期应用，长远来看可为生成玻色纠错码提供关键支持，这是构建高稳定性通用量子计算机的必要技术。科研团队指出，“九章四号”在规模扩展和损耗控制方面的双重优势，为研发“万亿量子模式三维簇态”和“容错光量子计算硬件”奠定了基础。实现通用量子计算机需操控百万级量子比特并具备纠错能力，这需要持续迭代现有原型机技术。
