九章四号量子计算原型机研制成功

来源：环球网

量子计算领域取得里程碑式进展。据《自然》杂志报道，中国科学技术大学等科研团队近日成功研制出“九章四号”可编程量子计算原型机。该原型机实现了1024个量子压缩态输入，并能在8176种模式下进行运算，其核心突破在于能够操纵和探测高达3050个光子的量子态。

量子计算的核心优势在于利用量子叠加与纠缠的特性，从而在特定问题上展现出远超经典计算机的速度。“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，其表现超越了现有的最强超级计算机。这不仅是验证量子计算潜力的关键一步，也为检验计算理论中的“扩展的丘奇-图灵论题”提供了实验平台，同时为未来研制容错量子计算机储备了关键技术。

“九章”系列原型机执行的高斯玻色采样任务，正是展示这种优越性的经典模型。该任务本身也极具价值，其生成的结果可用于构建容错量子计算所需的玻色纠错码以及大规模量子纠缠簇态。然而，随着量子处理器规模的扩大，编码线路变得日益复杂，一个棘手难题也随之浮现：不可避免的光子损耗，严重制约了系统的可扩展性。

如何突破量子计算的光子损耗瓶颈？

面对这一挑战，研究团队给出了创新的解决方案。他们研发了高效率的光参量振荡器光源，并设计了时空混合编码的干涉仪。通过将1024个高效率压缩态光场，集成到一个包含8176种模式的时空混合编码线路中，团队实现了高达92%的光源效率和51%的系统总效率。这套时空混合编码架构，实现了连接度的立方级扩展，使得系统能够在高达102461维的巨大希尔伯特空间中进行采样。正是这一系列技术突破，让科研团队获得了对3050个光子的操纵和探测能力，这一数字比之前的最好结果提升了超过10倍。

九章四号量子计算原型机的性能验证

那么，“九章四号”的实际性能究竟如何？研究团队将其实验结果，与当前所有最先进的经典模拟方法进行了基准测试，尤其重点对比了那些专门针对光子损耗特性而设计的矩阵乘积态算法。测试结果令人印象深刻：“九章四号”生成一个样本仅需25微秒。相比之下，若使用目前世界上最强大的超级计算机El Capitan，并运行当前最好的经典算法，完成同样的任务预计需要超过10^42年。两者计算速度的比值，即量子优势比，达到了10^54这一惊人量级。

总体来看，“九章四号”的成果，标志着低损耗光量子处理器在规模和复杂度上迈出了至关重要的一步。这一进展，进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。