中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、張強、劉乃樂等科研人員，聯合濟南量子技術研究院、山西大學、清華大學等多家單位，成功研制出新一代可編程量子計算原型機“九章四號”。該設備采用1024個量子壓縮態輸入8176模式的光路架構，首次實現對3050個光子量子態的精確操控與探測。在國際權威學術期刊《自然》發表的論文顯示，其求解高斯玻色采樣任務的速度較全球最快超級計算機ElCapitan快1054倍，標志著我國在光量子計算領域取得重大突破。
量子計算通過量子疊加與糾纏特性，在特定數學問題上展現出超越經典計算機的潛力。所謂"量子計算優越性"，即指量子計算機在特定任務中超越現有最強超級計算機的能力。這一概念不僅驗證了量子力學原理的實用性，更為容錯量子計算機研發提供了關鍵技術積累。中國科研團隊通過持續創新，已在該領域建立顯著優勢。
回顧發展歷程，2019年谷歌曾宣布其53比特超導處理器"懸鈴木"實現量子優越性，但中國團隊隨即通過優化經典算法，將相同任務在超算上的運行時間從一萬年壓縮至數十秒，同時能耗降低15倍，徹底顛覆了谷歌的宣稱。2020年，中國科大團隊研制出76光子"九章"原型機，首次在光學體系實現量子優越性；次年推出的113光子"九章二號"和56比特超導"祖沖之二號"，使中國成為全球唯一在光量子與超導兩條技術路線均達優越性的國家。2023年"九章三號"將光子數提升至255，持續保持國際領先地位。
面對光量子計算中光子損耗制約系統擴展的難題，研究團隊開發出高效率光參量振蕩器光源與時空混合編碼干涉儀。該技術將1024個壓縮態光場集成至8176模式線路，實現92%光源效率與51%系統總效率。時空混合編碼架構使連接度呈立方級增長，系統可在102461維希爾伯特空間進行采樣。這些創新使光子操控能力較此前提升超10倍，為構建大規模量子處理器奠定基礎。
基準測試表明，"九章四號"生成單個樣本僅需25微秒，而使用ElCapitan超級計算機與最優經典算法完成相同任務需超過1042年。該成果不僅代表低損耗光量子處理器在規模與復雜度上的重大飛躍，更通過生成玻色糾錯碼與大規模量子糾纏簇態，為容錯量子計算研發提供關鍵支撐。目前國際上僅有加拿大Xanadu公司2022年發布的216光子"北極光"處理器，在光學體系實現量子優越性，中國團隊的技術指標已形成顯著代差優勢。
