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新華社合肥5月13日電（記者陳諾、戴威、何曦悅）目前世界上最快的超級計算機(jī)，求解特定數(shù)學(xué)問題約需10的42次方年。由中國科學(xué)家最新研制成功的“九章四號”量子計算原型機(jī)只需要25微秒，比超算快超過億億億億億億倍。

“九章四號”量子計算原型機(jī)局部。新華社發(fā)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、張強(qiáng)、劉乃樂等組成的研究團(tuán)隊聯(lián)合國內(nèi)多家科研單位，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(jī)“九章四號”，首次操縱和探測高達(dá)3050個光子的量子態(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。

什么是量子計算機(jī)？它和我們?nèi)粘Ｓ玫碾娔X有什么區(qū)別？“九章四號”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，帶來權(quán)威解讀。

問：啥叫量子計算機(jī)？

答：量子計算機(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、存儲及處理量子信息的物理裝置。與經(jīng)典計算的普通比特不同，量子計算機(jī)用的量子比特不是只有“0”或“1”，而是可以同時處于“0”和“1”的疊加態(tài)。借助疊加態(tài)與糾纏態(tài)，量子計算能夠在同一時間并行處理大量計算路徑，在特定問題上實(shí)現(xiàn)指數(shù)級加速。

“九章四號”相對目前最快超級計算機(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”是光量子計算原型機(jī)，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(shí)現(xiàn)量子計算，是“九章”（2020年）、“九章二號”（2021年）、“九章三號”（2023年）量子計算原型機(jī)的再升級版。

問：1024個量子壓縮態(tài)、8176模式、3050個光子是啥意思？

答：“1024個量子壓縮態(tài)”可以通俗地理解為這臺量子計算機(jī)運(yùn)行時的“高能燃料”。在光量子計算中，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有著8176個出口的超級三維立體迷宮，光子在里面進(jìn)行極復(fù)雜的干涉游走。

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

“九章四號”量子計算原型機(jī)示意圖。新華社發(fā)

問：“九章四號”最大的技術(shù)突破在哪？

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

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

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

問：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)，它只擅長解決“高斯玻色取樣”這樣特定的數(shù)學(xué)問題。這個數(shù)學(xué)問題短期內(nèi)可用于圖像識別、圖論計算等，長遠(yuǎn)還能生成玻色糾錯碼，是未來打造高穩(wěn)定通用量子計算機(jī)的關(guān)鍵。

“九章四號”在規(guī)模與低損耗的雙重領(lǐng)先優(yōu)勢為構(gòu)建“萬億量子模式的三維簇態(tài)”和未來的“容錯光量子計算硬件”提供了可能，為未來的通用量子計算機(jī)奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

實(shí)現(xiàn)通用量子計算機(jī)，需要操縱上百萬個量子比特，同時也要具備糾錯能力。這些都需要在現(xiàn)有量子計算原型機(jī)基礎(chǔ)上不斷迭代，慢慢實(shí)現(xiàn)。