“九章四号”建立国际最强“量子计算优越性”
“九章四号”建立国际最强“量子计算优越性”
中国科学技术大学（以下简称中国科大）教授潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等，联合济南量子技术研究院、山西大学、清华大学、上海人工智能实验室、崂山实验室、国家并行计算机工程技术研究中心等单位，成功研制出1024个量子压缩态输入8176模式的可编程量子计算原型机“九章四号”，首次操纵和探测高达3050个光子的量子态。“九章四号”被应用于高效求解高斯玻色采样任务，其计算速度相比当前全球最快的超级计算机El Capitan快10 54 倍（即量子优势比为10 54 ），成功建立了国际上最强的“量子计算优越性”。论文于北京时间5月13日发表于国际权威学术期刊《自然》。
“九章四号”量子计算原型机 摄影：胡毅洋
量子计算利用量子叠加与纠缠特性，在特定问题上实现远超经典计算机的处理能力。“量子计算优越性”指的是量子计算机在某个明确定义的数学问题上超越现有最强超级计算机。它不仅验证了量子力学的计算潜能，也为检验“扩展的丘奇—图灵论题”提供了实验平台，更为后续容错量子计算机的研制积累必要的可扩展调控技术。“量子计算优越性”是量子计算具备应用价值的前提条件，也是当前一个国家量子计算研究实力的直接体现。
在这一全球竞争中，2019年，谷歌联合加州大学推出53比特超导处理器“悬铃木”，率先宣称实现优越性。然而，中国科大和上海人工智能实验室的科学家联合团队随后通过创新经典算法，将同一任务在超算上的求解时间从一万年压缩至数十秒，同时在能耗上少15倍，全面打破了谷歌2019年的“量子霸权”宣称，重新定义了“量子计算优越性”的边界。
2020年，中国科大团队成功研制76光子的“九章”光量子计算原型机，在国际上首次在光学体系中实现量子计算优越性，量子优势比为10 5 ，同时克服了谷歌方案中依赖样本数量的漏洞。次年，中国科大团队将光子数提升至113，推出可相位编程的“九章二号”，量子优势比达到10 10 ；同时，中国科大团队56比特超导原型机“祖冲之二号”也宣告成功，使得中国成为全球唯一在两条技术路线上均达到量子计算优越性的国家。2023年，“九章三号”再将光子数刷新至255，量子优势比进一步提升到10 16 ，持续保持领先。
国际方面，加拿大Xanadu公司联合美国国家标准与技术研究院，采用与“九章”相同的高斯玻色采样技术，于2022年发布了216光子的“北极光”处理器，成为国际上第二个实现光学体系量子计算优越性的团队。