目前世界上最快的超級計算機，求解特定數學問題約需10的42次方年。由中國科學家最新研製成功的「九章四號」量子計算原型機只需要25微秒，比超算快超過億億億億億億倍。
「九章四號」量子計算原型機局部。新華社發中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、張強、劉乃樂等組成的研究團隊聯合國內多家科研單位，成功研製出1024個量子壓縮態輸入、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，再度刷新光量子信息技術世界紀錄。國際知名學術期刊《自然》13日發表了該成果。
什麼是量子計算機？它和我們日常用的電腦有什麼區別？「九章四號」為何那麼強？這次成果意味着啥？新華社記者獨家採訪科研團隊，帶來權威解讀。
問：啥叫量子計算機？
答：量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。與經典計算的普通比特不同，量子計算機用的量子比特不是只有「0」或「1」，而是可以同時處於「0」和「1」的疊加態。藉助疊加態與糾纏態，量子計算能夠在同一時間並行處理大量計算路徑，在特定問題上實現指數級加速。
目前主流量子比特技術路線包括超導、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，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現量子計算，是「九章」（2020年）、「九章二號」（2021年）、「九章三號」（2023年）量子計算原型機的再升級版。
問：1024個量子壓縮態、8176模式、3050個光子是啥意思？
答：「1024個量子壓縮態」可以通俗地理解為這台量子計算機運行時的「高能燃料」。在光量子計算中，壓縮態光子具有極其特殊的量子特性，是構建複雜量子糾纏的基礎。
「8176模式」指的是光子在計算網絡中可以穿梭的「路徑」或「維度」的總數。你可以把這想象成一個有着8176個出口的超級三維立體迷宮，光子在裏面進行極複雜的干涉遊走。
「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，意味着系統能夠代表和處理的計算狀態空間呈指數級增長，標誌着人類操控微觀量子世界的規模有了數量級的跨越。
「九章四號」量子計算原型機示意圖。新華社發問：「九章四號」最大的技術突破在哪？
答：光量子計算走向更大規模一直被一個叫「光子損耗」的「攔路虎」阻擋：隨着光學網絡越來越大、越來越複雜，光子在裏面極其容易跑丟，從而大幅削弱計算能力。
此次最大的技術突破在於團隊首創的「可編程時空混合編碼」架構。過去如果要擴大規模，只能通過增加光學器件，導致設備龐大且損耗極高。「九章四號」讓光子在時間和空間兩個維度上同時發生干涉，極大提升了整個網絡的連通性，又兼顧控制了物理器件的規模，進而獲得了對高達3050個光子的操縱和探測能力，帶來算力的指數級提升。
2026年4月10日拍攝的「九章四號」量子計算原型機局部。新華社記者 周牧 攝問：這次成果意味着啥？
答：目前「九章」系列是極為強大的專用量子模擬機，它只擅長解決「高斯玻色取樣」這樣特定的數學問題。這個數學問題短期內可用於圖像識別、圖論計算等，長遠還能生成玻色糾錯碼，是未來打造高穩定通用量子計算機的關鍵。
「九章四號」在規模與低損耗的雙重領先優勢為構建「萬億量子模式的三維簇態」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奠定了堅實基礎。
實現通用量子計算機，需要操縱上百萬個量子比特，同時也要具備糾錯能力。這些都需要在現有量子計算原型機基礎上不斷迭代，慢慢實現。（記者：陳諾、戴威、何曦悅）
責任編輯：劉萬里 SF014