目前，全球最快的超级计算机在解决特定数学问题时所需的时间达到10的42次方年。然而，由中国科学家最新研发的“九章四号”量子计算原型机仅需25微秒，速度比公海贵宾快出亿亿亿亿亿亿倍。

“九章四号”量子计算原型机局部。新华社发

中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等研究人员，与国内多家科研机构合作，成功研发出具有1024个量子压缩态输入和8176种模式的可编程量子计算原型机“九章四号”。该机首次实现对高达3050个光子的量子态的操控与探测，再次刷新了光量子信息技术的世界纪录。国际知名学术期刊《自然》于13日发表了这一成果。

什么是量子计算机？它与我们日常使用的计算机有何不同？“九章四号”为何如此强大？这项成果意味着什么？新华社记者独家采访了科研团队，带来了权威解读。

问：什么是量子计算机？

答：量子计算机是一种遵循量子力学原理进行高速数学和逻辑运算、存储和处理量子信息的物理装置。与经典计算机使用的普通比特不同，量子计算机使用的量子比特可以同时处于“0”和“1”的叠加态。借助叠加态和纠缠态，量子计算能够在同一时间并行处理大量计算路径，在某些特定问题上实现指数级加速。

当前主流的量子比特技术路径包括超导、离子阱、光量子和中性原子等。“九章四号”作为光量子计算原型机，利用光子来编码量子比特，通过对光子的量子操控和测量来实现量子计算，标志着“九章”（2020年）、“九章二号”（2021年）和“九章三号”（2023年）量子计算原型机的进一步升级。

问：1024个量子压缩态、8176种模式和3050个光子是什么意思？

答：“1024个量子压缩态”可以理解为这台量子计算机运行时的“高能燃料”。在光量子计算中，压缩态光子具有特殊的量子特性，是构建复杂量子纠缠的基础。

“8176种模式”指的是光子在计算网络中可穿梭的“路径”或“维度”的总数。可以将其想象为一个有着8176个出口的超级三维立体迷宫，光子在其中进行复杂的干涉运动。

“3050个光子”相当于3000多个量子比特。此前，“九章三号”能够探测和操纵255个光子，而“九章四号”则提升了10倍以上，这意味着系统能够代表和处理的计算状态空间呈现指数级增长，标志着人类对微观量子世界的操控能力达到了新的高度。

“九章四号”量子计算原型机示意图。新华社发

问：“九章四号”的最大技术突破在哪里？

答：光量子计算的规模扩展一直受到“光子损耗”这一“拦路虎”的制约：随着光学网络的规模和复杂性增加，光子在其中极易丢失，从而显著降低计算能力。

此次的重大技术突破在于团队首创的“可编程时空混合编码”架构。过去，扩大规模只能通过增加光学器件，导致设备庞大且损耗极高。“九章四号”使光子在时间和空间两个维度上同时发生干涉，极大提升了整个网络的连通性，同时控制了物理器件的规模，从而获得了对高达3050个光子的操控和探测能力，实现了算力的指数级提升。

2026年4月10日拍摄的“九章四号”量子计算原型机局部。新华社记者 周牧 摄

问：这项成果意味着什么？

答：目前“九章”系列是极为强大的专用量子模拟机，主要解决“高斯玻色取样”等特定数学问题。短期内，该数学问题可用于图像识别、图论计算等，长远来看，它能生成玻色纠错码，为未来构建高稳定性的通用量子计算机奠定基础。

“九章四号”在规模与低损耗的双重领先优势，为构建“万亿量子模式的三维簇态”和未来的“容错光量子计算硬件”提供了可能，为实现通用量子计算机奠定了坚实的基础。

实现通用量子计算机需要操纵超过百万个量子比特，并具备纠错能力。这一切都需要在现有量子计算原型机的基础上不断迭代，逐步实现。（记者：陈诺、戴威、何曦悦）

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