新華社合肥5月13日電 目前世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，求解特定數(shù)學(xué)問(wèn)題約需10的42次方年。由中國(guó)科學(xué)家最新研制成功的“九章四號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)只需要25微秒，比超算快超過(guò)億億億億億億倍。

“九章四號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)局部。新華社發(fā)

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)、張強(qiáng)、劉乃樂(lè)等組成的研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家科研單位，成功研制出1024個(gè)量子壓縮態(tài)輸入、8176模式的可編程量子計(jì)算原型機(jī)“九章四號(hào)”，首次操縱和探測(cè)高達(dá)3050個(gè)光子的量子態(tài)，再度刷新光量子信息技術(shù)世界紀(jì)錄。國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》13日發(fā)表了該成果。

什么是量子計(jì)算機(jī)？它和我們?nèi)粘Ｓ玫碾娔X有什么區(qū)別？“九章四號(hào)”為何那么強(qiáng)？這次成果意味著啥？新華社記者獨(dú)家采訪科研團(tuán)隊(duì)，帶來(lái)權(quán)威解讀。

問(wèn)：啥叫量子計(jì)算機(jī)？

答：量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。與經(jīng)典計(jì)算的普通比特不同，量子計(jì)算機(jī)用的量子比特不是只有“0”或“1”，而是可以同時(shí)處于“0”和“1”的疊加態(tài)。借助疊加態(tài)與糾纏態(tài)，量子計(jì)算能夠在同一時(shí)間并行處理大量計(jì)算路徑，在特定問(wèn)題上實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)加速。

“九章四號(hào)”相對(duì)目前最快超級(jí)計(jì)算機(jī)的加速比。新華社發(fā)

目前主流量子比特技術(shù)路線包括超導(dǎo)、離子阱、光量子和中性原子等。“九章四號(hào)”是光量子計(jì)算原型機(jī)，使用光子來(lái)編碼量子比特，通過(guò)對(duì)光子的量子操控及測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，是“九章”（2020年）、“九章二號(hào)”（2021年）、“九章三號(hào)”（2023年）量子計(jì)算原型機(jī)的再升級(jí)版。

問(wèn)：1024個(gè)量子壓縮態(tài)、8176模式、3050個(gè)光子是啥意思？

答：“1024個(gè)量子壓縮態(tài)”可以通俗地理解為這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)的“高能燃料”。在光量子計(jì)算中，壓縮態(tài)光子具有極其特殊的量子特性，是構(gòu)建復(fù)雜量子糾纏的基礎(chǔ)。

“8176模式”指的是光子在計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中可以穿梭的“路徑”或“維度”的總數(shù)。你可以把這想象成一個(gè)有著8176個(gè)出口的超級(jí)三維立體迷宮，光子在里面進(jìn)行極復(fù)雜的干涉游走。

“3050個(gè)光子”就是3000多個(gè)量子比特。此前，“九章三號(hào)”探測(cè)和操縱255個(gè)光子，“九章四號(hào)”提升了10倍多，意味著系統(tǒng)能夠代表和處理的計(jì)算狀態(tài)空間呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，標(biāo)志著人類操控微觀量子世界的規(guī)模有了數(shù)量級(jí)的跨越。

“九章四號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)示意圖。新華社發(fā)

問(wèn)：“九章四號(hào)”最大的技術(shù)突破在哪？

答：光量子計(jì)算走向更大規(guī)模一直被一個(gè)叫“光子損耗”的“攔路虎”阻擋：隨著光學(xué)網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越大、越來(lái)越復(fù)雜，光子在里面極其容易跑丟，從而大幅削弱計(jì)算能力。

此次最大的技術(shù)突破在于團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的“可編程時(shí)空混合編碼”架構(gòu)。過(guò)去如果要擴(kuò)大規(guī)模，只能通過(guò)增加光學(xué)器件，導(dǎo)致設(shè)備龐大且損耗極高。“九章四號(hào)”讓光子在時(shí)間和空間兩個(gè)維度上同時(shí)發(fā)生干涉，極大提升了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通性，又兼顧控制了物理器件的規(guī)模，進(jìn)而獲得了對(duì)高達(dá)3050個(gè)光子的操縱和探測(cè)能力，帶來(lái)算力的指數(shù)級(jí)提升。

2026年4月10日拍攝的“九章四號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)局部。新華社記者 周牧 攝

問(wèn)：這次成果意味著啥？

答：目前“九章”系列是極為強(qiáng)大的專用量子模擬機(jī)，它只擅長(zhǎng)解決“高斯玻色取樣”這樣特定的數(shù)學(xué)問(wèn)題。這個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題短期內(nèi)可用于圖像識(shí)別、圖論計(jì)算等，長(zhǎng)遠(yuǎn)還能生成玻色糾錯(cuò)碼，是未來(lái)打造高穩(wěn)定通用量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵。

“九章四號(hào)”在規(guī)模與低損耗的雙重領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)為構(gòu)建“萬(wàn)億量子模式的三維簇態(tài)”和未來(lái)的“容錯(cuò)光量子計(jì)算硬件”提供了可能，為未來(lái)的通用量子計(jì)算機(jī)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)，需要操縱上百萬(wàn)個(gè)量子比特，同時(shí)也要具備糾錯(cuò)能力。這些都需要在現(xiàn)有量子計(jì)算原型機(jī)基礎(chǔ)上不斷迭代，慢慢實(shí)現(xiàn)。（陳諾 戴威 何曦悅）