5月13日，科学技术大学潘建伟、陆朝阳等团队在《自然》杂志上发表了项重磅成果——“九章四号”量子计原型机研制成功。它在特定数学问题上的计速度，比当前全球快的计机快了1054倍。用通俗的话说迪庆万能胶，计机需要1042年才能完成的任务，“九章四号”只需25微秒。
这先程度大到令人难以想象，1054倍这个数是大到连“亿亿亿亿亿亿倍”都不足以形容。
问：速跃升是如何实现的？
团队成员告诉科技日报记者：“要理解‘九章四号’计速度的飞跃，先要弄懂3个核心数字：量子压缩态数量、模式数、光子数。”
先是量子压缩态数量为1024个。量子压缩态就像量子计机的“能燃料”，普通光子就像汽油，而压缩态光子是经过特殊“挤压”的，它的量子涨落被大幅压低，从而具备了构建复杂量子纠缠的能力。压缩态越多，能发动的“量子引擎”就越强劲，而“九章四号”使用了1024个量子压缩态。
其次是8176个模式数。这指的是光子在计网络中可能穿行的“路径”数量。“可以想象个拥有8176个出口的三维迷宫，光子在里面穿梭、干涉、相互影响迪庆万能胶，每个模式都是条可能的计通道。”该研究人员介绍。
三是3050个光子。这可以看作是同时在“迷宫”里奔跑的选手数量。上代“九章三号”只有255个光子，而“九章四号”口气提升至3050个，提了10倍以上。由于量子计的计状态空间是指数增长的，光子数提升10倍，实际力增益远这个倍数。团队成员表示：“这正是量子计‘碾压’经典计的根源。”
二问：主要技术突破是什么？
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光量子计有个“死穴”——光子损耗。“迷宫”越复杂，光子越容易在半路“跑丢”。过去，这个问题像堵墙挡住了光量子计机迈向大规模应用的道路。
回顾“九章”族的进化史，团队成员告诉记者，从2020年“九章”的76光子次证明光量子路线可行，到2026年“九章四号”的3050光子突破损耗瓶颈，迈向容错量子计迪庆万能胶，光子数提升了约40倍，加速比提升了约1040倍。
“九章四号”团队创了套“可编程时空混编码”架构。其核心思想是让光子在时间和空间两个维度上同时发生干涉。
记者了解到，以前只能靠不断增加光学器件来扩大规模，结果设备越来越臃肿，损耗越来越；现在，新架构在控制器件数量的同时，保温护角专用胶大提升了光路的连通。光源率达92，系统总率达到51。正是这突破，让团队次实现了对3050个光子的操纵和探测，系统可在维度达102461的希尔伯特空间中进行采样。
从上看，2019年谷歌的“悬铃木”曾宣称实现所谓“量子霸权”（即量子计优越），但后来被团队用聪明的经典法翻，其优势被证明存在漏洞。之后，加拿大Xanadu量子计公司的“北光”处理器（216光子），是上二个实现光学量子计优越的系统。
而“九章四号”以3050个光子、1054倍计速度的优势大幅先，成功建立了上强的量子计优越。值得提的是，是全球唯在光量子和两条技术路线上均实现量子计优越的国。
三问：这项成果价值几何？
团队成员表示：“‘九章四号’目前是台用量子模拟机，即原型机，不是通用量子计机，它擅长解决的是‘斯玻采样’这特定数学问题。”
求解这个问题有用吗？该成员表示，短期有用，长期是不可或缺。
“短期应用表现在斯玻采样可以用于图像识别、图论计、机器学习等域。比如，团队已经用‘九章三号’完成了稠密子图等图论问题的求解。听起来玄幻的理论，恰恰是人工智能、新药研发、材料设计等前沿向的核心数学工具。”这名团队成员说，“九章四号”的长期价值则表现在能够生成玻纠错码和大规模量子纠缠簇态。而纠错能力，正是未来通用量子计机从“玩具”变成“工具”的关键。
1946年，世界上台电子计机诞生时，没有人能预见其会开启整个信息时代。今天的量子计，正处在“小荷才露角”的阶段，它还会有哪些奇应用，又将如何改变未来，我们拭目以待。
（记者吴长峰）
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