中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、張強、劉乃樂等科研人員組成的團隊，聯合國內多家科研機構，成功研制出新一代光量子計算原型機“九章四號”。該設備在求解特定數學問題時的速度遠超現有超級計算機，僅需25微秒即可完成目前最快超算約需10的42次方年的計算任務，性能提升超過億億億億億億倍。國際權威學術期刊《自然》于近日發表了這一突破性成果。

與傳統計算機采用二進制比特不同，量子計算機利用量子比特的疊加態特性，可同時處理“0”和“1”兩種狀態。這種并行計算能力使量子計算機在特定問題上具備指數級加速優勢。“九章四號”作為光量子計算原型機，通過操控光子實現量子計算，其技術路線屬于當前主流的超導、離子阱、光量子和中性原子四大方向之一。

該設備實現了三項關鍵技術指標的突破：采用1024個量子壓縮態作為計算資源，構建了8176模式的光子計算網絡，并成功操縱和探測3050個光子。科研團隊解釋，量子壓縮態如同量子計算的“高能燃料”，而8176模式則相當于為光子提供了8176條并行計算路徑。相較于前代“九章三號”的255個光子操控能力，“九章四號”將這一數字提升了十余倍，使系統可處理的計算狀態空間呈指數級增長。

研發過程中最大的挑戰來自光子損耗問題。隨著光學網絡規模擴大，光子在傳輸過程中極易丟失，導致計算能力下降。研究團隊創新性地提出“可編程時空混合編碼”架構，通過讓光子在時間和空間兩個維度同時發生干涉，既增強了網絡連通性，又控制了物理器件規模。這一突破使設備在保持緊湊結構的同時，實現了對3050個光子的精準操控。

盡管“九章”系列目前屬于專用量子模擬機，僅能高效解決“高斯玻色取樣”等特定問題，但其技術突破具有重要戰略意義。該數學問題在圖像識別、圖論計算等領域已有短期應用，長遠來看可為生成玻色糾錯碼提供關鍵支持，這是構建高穩定性通用量子計算機的必要技術。科研團隊指出，“九章四號”在規模擴展和損耗控制方面的雙重優勢，為研發“萬億量子模式三維簇態”和“容錯光量子計算硬件”奠定了基礎。實現通用量子計算機需操控百萬級量子比特并具備糾錯能力，這需要持續迭代現有原型機技術。