“九章四号”量子计算原型机。胡毅洋/摄

本报讯（记者陈欢欢）中国科学技术大学（以下简称中国科大）教授潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等，联合济南量子技术研究院、山西大学、清华大学、上海人工智能实验室、崂山实验室、国家并行计算机工程技术研究中心等单位，成功研制出1024个量子压缩态输入8176模式的可编程量子计算原型机“九章四号”，首次操纵和探测高达3050个光子的量子态。“九章四号”被应用于高效求解高斯玻色采样任务，计算速度比当前全球最快的超级计算机El Capitan快1054倍（即量子优势比为1054），成功建立了国际上最强的“量子计算优越性”。相关论文5月13日发表于《自然》。

“量子计算优越性”指量子计算机在某个明确定义的数学问题上超越现有最强超级计算机，不仅是量子计算具备应用价值的前提条件，也是一个国家量子计算研究实力的直接体现。

2019年，美国谷歌公司等机构推出53比特超导处理器“悬铃木”，率先宣称实现优越性。然而，中国科大和上海人工智能实验室的联合团队随后通过创新经典算法，全面打破了谷歌“量子霸权”宣称，重新定义了量子计算优越性的边界。2020年，中国科大团队成功研制76光子的“九章”光量子计算原型机，在国际上首次在光学体系中实现量子计算优越性。

“九章”系列专用量子计算原型机所执行的高斯玻色采样任务，不仅是展示量子计算优越性的重要模型，还可用于生成容错量子计算所需的玻色纠错码及大规模量子纠缠簇态。然而，在开发大规模量子处理器的过程中，由于编码线路日益庞大复杂，不可避免的光子损耗一直严重制约着系统的可扩展性。

针对这一问题，团队研发了高效率的光参量振荡器光源和时空混合编码干涉仪，将1024个高效率压缩态光场集成到一个时空混合编码的8176模式线路中，实现了92%的光源效率和51%的系统总效率。该时空混合编码架构实现了连接度的立方级扩展，使得系统能够在102461维的巨大希尔伯特空间中进行采样。这一系列创新使研究团队获得了对高达3050个光子的操纵和探测能力，比之前的最好结果提升超过10倍。

团队将实验结果与当前所有最先进的经典模拟方法进行了对比基准测试，特别是针对利用光子损耗而设计的矩阵乘积态算法。结果表明，“九章四号”生成一个样本仅需25微秒，而使用超级计算机El Capitan和目前最好的经典算法需要超过1042年的时间，量子优势比达到1054量级。“九章四号”成果代表了低损耗光量子处理器在规模和复杂度上的重大飞跃，进一步巩固了我国在光量子计算领域的世界领先地位。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10523-6