潘建伟、陆朝阳等发布的这项重磅成果，强在哪里？
◎ 科技日报记者 吴长峰
5月13日，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等团队在《自然》杂志上发表了一项重磅成果——“九章四号”量子计算原型机研制成功。 它在特定数学问题上的计算速度，比当前全球最快的超级计算机快了10 54 倍。 用通俗的话说，超级计算机需要10 42 年才能完成的任务，“九章四号”只需25微秒。
这一领先程度大到令人难以想象，10 54 倍这个数更是大到连“亿亿亿亿亿亿倍”都不足以形容。
第一问：算速跃升是如何实现的？
团队成员告诉科技日报记者：“要理解‘九章四号’计算速度的飞跃，先要弄懂3个核心数字：量子压缩态数量、模式数、光子数。”
“九章四号”原型机示意图。图片来源：中国科学技术大学 首先是量子压缩态数量为1024个。 量子压缩态就像量子计算机的“高能燃料”，普通光子就像汽油，而压缩态光子是经过特殊“挤压”的，它的量子涨落被大幅压低，从而具备了构建复杂量子纠缠的能力。压缩态越多，能发动的“量子引擎”就越强劲，而“九章四号”使用了1024个量子压缩态。
其次是8176个模式数。 这指的是光子在计算网络中可能穿行的“路径”数量。“可以想象一个拥有8176个出口的超级三维迷宫，光子在里面穿梭、干涉、相互影响，每一个模式都是一条可能的计算通道。”该研究人员介绍。
第三是3050个光子。 这可以看作是同时在“迷宫”里奔跑的选手数量。上一代“九章三号”只有255个光子，而“九章四号”一口气提升至3050个，提高了10倍以上。由于量子计算的计算状态空间是指数级增长的，光子数提升10倍，实际算力增益远超这个倍数。团队成员表示：“这正是量子计算‘碾压’经典计算的根源。”
第二问：主要技术突破是什么？
光量子计算有一个“死穴”——光子损耗。“迷宫”越复杂，光子越容易在半路“跑丢”。过去，这个问题像一堵高墙挡住了光量子计算机迈向大规模应用的道路。
回顾“九章”家族的进化史，团队成员告诉记者，从2020年“九章”的76光子首次证明光量子路线可行，到2026年“九章四号”的3050光子突破损耗瓶颈，迈向容错量子计算，光子数提升了约40倍，加速比提升了约10 40 倍。
“九章四号”团队 首创了一套“可编程时空混合编码”架构。 其核心思想是让光子在时间和空间两个维度上同时发生干涉。
记者了解到，以前只能靠不断增加光学器件来扩大规模，结果设备越来越臃肿，损耗越来越高；现在，新架构在控制器件数量的同时，极大提升了光路的连通性。光源效率高达92%，系统总效率达到51%。正是这一突破，让团队首次实现了对3050个光子的操纵和探测，系统可在维度高达10 2461 的希尔伯特空间中进行采样。