2020年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，成功構(gòu)建了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”。這一里程碑式的事件，標(biāo)志著我國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。尤為引人注目的是，在處理“高斯玻色取樣”這一特定數(shù)學(xué)問題上，“九章”的計(jì)算速度比當(dāng)時(shí)谷歌發(fā)布的53個(gè)超導(dǎo)量子比特的“懸鈴木”處理器快了約一百億倍，并極大地提升了量子優(yōu)越性的標(biāo)準(zhǔn)。這一成就并非憑空而來，其背后是深厚的技術(shù)積累與獨(dú)特的開發(fā)路徑。

“九章”的核心在于其選擇了光量子技術(shù)路線。與谷歌采用的超導(dǎo)電路方案不同，“九章”利用光子作為量子比特的載體。研究團(tuán)隊(duì)攻克了高性能量子光源、高精度鎖相技術(shù)、規(guī)模化干涉技術(shù)等世界級(jí)難題，成功實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模光量子態(tài)的精確制備、操控與探測(cè)。其光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜而精密，包含數(shù)百個(gè)光學(xué)元件，能夠?qū)喂庾咏跬昝赖匾龑?dǎo)至預(yù)設(shè)路徑并進(jìn)行干涉操作，最終通過超高靈敏度的單光子探測(cè)器陣列讀取結(jié)果。這種光量子方案在室溫下即可運(yùn)行，避免了超導(dǎo)系統(tǒng)所需的極低溫環(huán)境，在原理驗(yàn)證階段展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

“比谷歌快一百億倍”這一驚人對(duì)比，需要放在具體語(yǔ)境中理解。這并非意味著“九章”是一臺(tái)可以運(yùn)行Windows或解決所有問題的通用量子計(jì)算機(jī)。其“快一百億倍”的優(yōu)越性，是在執(zhí)行“高斯玻色取樣”這一高度復(fù)雜的特定計(jì)算任務(wù)時(shí)體現(xiàn)的。該任務(wù)對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)而言計(jì)算復(fù)雜度隨光子數(shù)增加呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，而對(duì)“九章”這樣的量子系統(tǒng)則相對(duì)友好。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于處理5000萬(wàn)個(gè)樣本的高斯玻色取樣問題，“九章”只需200秒，而當(dāng)時(shí)世界上最快的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”則需要6億年。這一對(duì)比，強(qiáng)有力地證明了量子計(jì)算在處理某些特定問題上具有經(jīng)典計(jì)算無(wú)法比擬的“量子優(yōu)越性”。

“九章”的成功研發(fā)，是中國(guó)在量子信息領(lǐng)域長(zhǎng)期戰(zhàn)略布局和持續(xù)高強(qiáng)度投入的成果。它體現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究到工程實(shí)現(xiàn)的跨越，證明了我國(guó)在量子光學(xué)、精密測(cè)量、材料科學(xué)等多學(xué)科交叉融合方面的強(qiáng)大實(shí)力。其意義不僅在于速度記錄本身，更在于它驗(yàn)證了光量子路線的可行性與巨大潛力，為未來研發(fā)可編程、可糾錯(cuò)的通用量子計(jì)算機(jī)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備。

我們也清醒地認(rèn)識(shí)到，從“九章”這樣的專用量子模擬機(jī)走向解決實(shí)際問題的通用量子計(jì)算機(jī)，還有很長(zhǎng)的路要走，需要突破量子糾錯(cuò)、大規(guī)模量子比特糾纏操控等更多核心關(guān)鍵技術(shù)。但毋庸置疑，“九章”的橫空出世，如同其命名源自中國(guó)古代數(shù)學(xué)巨著《九章算術(shù)》一樣，是中國(guó)在量子計(jì)算這一“未來算力”競(jìng)賽中寫下的輝煌一章，極大地提振了全球量子科技領(lǐng)域的信心與競(jìng)爭(zhēng)格局，為人類探索計(jì)算科學(xué)的前沿開辟了新的道路。