記者5月13日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、陸朝陽、張強、劉乃樂等組成的研究團(tuán)隊，聯(lián)合濟(jì)南量子技術(shù)研究院、山西大學(xué)、清華大學(xué)、上海人工智能實驗室、嶗山實驗室、國家并行計算機(jī)工程技術(shù)研究中心等單位，成功研制出1024個量子壓縮態(tài)輸入、8176模式的可編程量子計算原型機(jī)“九章四號”，首次操縱和探測高達(dá)3050個光子的量子態(tài)，再度刷新光量子信息技術(shù)世界紀(jì)錄，求解高斯玻色取樣問題比目前全球最快的超級計算機(jī)快10的54次方倍。國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》13日發(fā)表了該成果。

量子計算機(jī)是遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置，具有遠(yuǎn)超經(jīng)典計算機(jī)的并行計算能力。目前主流量子計算技術(shù)路線包括超導(dǎo)、離子阱、光量子和中性原子等。作為光量子計算原型機(jī)，“九章”系列使用光子來編碼量子比特，通過對光子的量子操控及測量來實現(xiàn)量子計算，自2020年成功構(gòu)建以來，歷經(jīng)“九章二號”“九章三號”等升級迭代，實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，多次刷新世界紀(jì)錄。

然而，由于編碼線路日益龐大復(fù)雜，不可避免的光子損耗一直嚴(yán)重制約著光量子計算的能力。中國科大教授陸朝陽告訴記者，此次研究團(tuán)隊研發(fā)了高效率的光參量振蕩器光源和時空混合編碼干涉儀，將1024個高效率壓縮態(tài)光場集成到一個時空混合編碼的8176模式線路中，實現(xiàn)了連接度的立方級擴(kuò)展，進(jìn)而獲得了對高達(dá)3050個光子的操縱和探測能力，遠(yuǎn)超255個光子的“九章三號”。

數(shù)千光子的操控規(guī)模帶來算力的指數(shù)級提升?！熬耪滤奶枴痹趫?zhí)行高斯玻色取樣任務(wù)中，生成一個樣本僅需25微秒，而使用目前世界上最強大的超級計算機(jī)和最好的經(jīng)典算法，需要超過10的42次方年的時間，量子優(yōu)勢比達(dá)到10的54次方量級。

記者了解到，“九章四號”成果代表了低損耗光量子處理器在規(guī)模和復(fù)雜度上的重大飛躍，進(jìn)一步鞏固了我國在光量子計算領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位，為構(gòu)建“萬億量子模式的三維簇態(tài)”和未來的“容錯光量子計算硬件”提供了更多可能性。