【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、張強、劉乃樂等，聯(lián)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、國家并行計算機工程技術研究中心等單位，成功研制出1024個量子壓縮態(tài)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(tài)。“九章四號”被應用于高效求解高斯玻色采樣任務，其計算速度相比當前全球最快的超級計算機El Capitan快1054倍(即量子優(yōu)勢比為1054)，成功建立了國際上最強的“量子計算優(yōu)越性”。論文于北京時間2026年5月13日發(fā)表于國際權威學術期刊《自然》。
 

　　量子計算利用量子疊加與糾纏特性，在特定問題上實現(xiàn)遠超經(jīng)典計算機的處理能力。“量子計算優(yōu)越性”指的是量子計算機在某個明確定義的數(shù)學問題上超越現(xiàn)有最強超級計算機。它不僅驗證了量子力學的計算潛能，也為檢驗“擴展的丘奇—圖靈論題”提供了實驗平臺，更為后續(xù)容錯量子計算機的研制積累必要的可擴展調控技術。“量子計算優(yōu)越性”是量子計算具備應用價值的前提條件，也是當前一個國家量子計算研究實力的直接體現(xiàn)。
 

　　在這一全球競爭中，2019年，谷歌聯(lián)合加州大學推出53比特超導處理器“懸鈴木”，率先宣稱實現(xiàn)優(yōu)越性。然而，中國科學技術大學和上海人工智能實驗室的科學家聯(lián)合團隊隨后通過創(chuàng)新經(jīng)典算法，將同一任務在超算上的求解時間從一萬年壓縮至數(shù)十秒，同時在能耗上少15倍，全面打破了谷歌2019年的“量子霸權”宣稱，重新定義了“量子計算優(yōu)越性”的邊界。
 

　　2020年，中國科大團隊成功研制76光子的“九章”光量子計算原型機[Science 370, 1460(2020)]，在國際上首次在光學體系中實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性，量子優(yōu)勢比為105，同時克服了谷歌方案中依賴樣本數(shù)量的漏洞。次年，中國科大團隊將光子數(shù)提升至113，推出可相位編程的“九章二號”，量子優(yōu)勢比達到1010[PRL 127, 180502(2021)]；同時，中國科大團隊56比特超導原型機“祖沖之二號”[PRL 127, 180501(2021)]也宣告成功，使得中國成為全球唯一在兩條技術路線上均達到量子計算優(yōu)越性的國家。2023年，“九章三號”再將光子數(shù)刷新至255[PRL 131, 150601(2023)]，量子優(yōu)勢比進一步提升到1016，持續(xù)保持領先。
 

　　國際方面，加拿大Xanadu公司聯(lián)合美國國家標準與技術研究院，采用與“九章”相同的高斯玻色采樣技術，于2022年發(fā)布了216光子的“北極光”處理器，成為國際上第二個實現(xiàn)光學體系量子計算優(yōu)越性的團隊。
 

　　“九章”系列專用量子計算原型機所執(zhí)行的高斯玻色采樣任務，不僅是展示量子計算優(yōu)越性的重要模型，還可用于生成容錯量子計算所需的玻色糾錯碼及大規(guī)模量子糾纏簇態(tài)。然而，在開發(fā)大規(guī)模量子處理器的過程中，由于編碼線路日益龐大復雜，不可避免的光子損耗一直嚴重制約著系統(tǒng)的可擴展性。
 

　　針對這一問題，研究團隊研發(fā)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(tài)光場集成到一個時空混合編碼的8176模式線路中，實現(xiàn)了92%的光源效率和51%的系統(tǒng)總效率。該時空混合編碼架構實現(xiàn)了連接度的立方級擴展，使得系統(tǒng)能夠在102461維的巨大希爾伯特空間中進行采樣。這一系列創(chuàng)新使研究團隊獲得了對高達3050個光子的操縱和探測能力，比之前最好結果提升超過10倍。
 

　　團隊將實驗結果與當前所有最先進的經(jīng)典模擬方法進行了對比基準測試，特別是針對利用光子損耗而設計的矩陣乘積態(tài)算法。結果表明，“九章四號”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“El Capitan”和目前最好的經(jīng)典算法，需要超過1042年的時間，量子優(yōu)勢比達到1054量級。“九章四號”成果代表了低損耗光量子處理器在規(guī)模和復雜度上的重大飛躍，進一步鞏固了我國在光量子計算領域的世界領先地位。
 

　　該論文共同第一作者是劉華亮、粟昊、鄧宇皓、龔思秋。該研究工作受到了國家重大科技專項、國家自然科學基金委、科技部、中國科學院、安徽省、山東省、上海市、山西省和新基石基金會等的支持。(物理學院、合肥微尺度物質科學國家研究中心、中國科學院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、科研部)
 

　　引用：中國科大成功研制“九章四號”量子計算原型機 中國科學技術大學 【引用時間：2026年05月13日】