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量子計算是后摩爾時代的一種新的計算范式，它在原理上具有超快的并行計算能力，可望通過特定量子算法在一些具有重大社會和經濟價值的問題方面相比經典計算機實現指數級別的加速。
中國科學技術大學浙江東陽籍科學家潘建偉、陸朝陽團隊與中國科學院上海微系統與信息技術研究所、國家并行計算機工程技術研究中心合作，宣布成功構建255個光子的量子計算原型機[九章三號]，再度刷新了光量子信息的技術水平和量子計算優越性的世界紀錄。
近日，國際知名學術期刊《物理評論快報》發表該成果。
在求解高斯玻色取樣數學問題時，[九章三號]比上一代[九章二號]提升100萬倍，比目前全球最快的超級計算機[前沿]（Frontier）快一億億倍。
科研人員設計了時空解復用的光子探測新方法，構建了高保真度的準光子數可分辨探測器，提升了光子操縱水平和量子計算復雜度。
[九章三號]在百萬分之一秒時間內所處理的最高復雜度的樣本，需要當前最強的超級計算機[前沿](Frontier)花費超過二百億年的時間。
中國科大團隊在理論上首次發展了包含光子全同性的新理論模型，實現了更精確的理論與實驗的吻合。
同時，發展了完備的貝葉斯驗證和關聯函數驗證，全面排除了所有已知的經典仿冒算法，為量子計算優越性提供了進一步數據支撐。
在技術上，研制了基于光纖時間延遲環的超導納米線探測器，把多光子態分束到不同空間模式并通過延時把空間轉化為時間，實現了準光子數可分辨的探測系統。
我們可以通過一個形象化的示例來闡述這個問題。設想我們身處一個巨大的迷宮之中，這個迷宮有著無數的路徑和分支點。
我們的任務是找到從入口到出口的最短路徑。
若是采用傳統的搜索策略，逐一嘗試每一條可能的路徑，那么可能需要耗費數百甚至數千年的時間來尋找這個答案。
然而，如果我們引入[九章三號]這一工具，情況就會大為改觀。
它能夠在短短一秒鐘內，給出從入口到出口的最短路徑。
更重要的是，它還能夠列出所有可能的路徑，并對每一條路徑的可能性進行精確的評估。
[九章]系列的命名起源于中國的古代著名數學書籍九章算術，又因為數學是現代科學的基礎，因此九章系列代表著承上啟下，代表了中國古代科學成就的同時展望了未來。
2020年，潘建偉團隊成功構建76個光子的量子計算原型機[九章]。
處理高斯玻色取樣問題的速度比當時最快的超級計算機快100萬億倍，使中國成為全球第二個實現[量子優越性]的國家。
2021年，他們進一步成功研制113個光子的[九章二號]和66比特的[祖沖之二號]量子計算原型機。
使中國成為唯一在光學和超導兩條技術路線都實現[量子優越性]的國家。
而[九章三號]則將光子數提升到了255個，輸出態空間維度達到了10的43次方。
根據公開正式發表的最優經典精確采樣算法，[九章三號]處理高斯玻色取樣的速度比上一代[九章二號]提升一百萬倍。
這意味著我國在光量子計算領域已經達到了世界領先水平，展示了中國科技創新和自主研發的強大能力和信心。
[九章]系列屬于光量子計算機，這是一種基于光子（光的粒子）作為載體和操縱對象的量子計算機。
光量子計算的優勢在于，光子具有很好的相干性和穩定性，不易受外界干擾，可以保持較長時間量子疊加態；
光子可以實現高效率和高精度的單光子源、單光子探測器、多光子干涉等關鍵技術；光子可以方便地與其他物理系統進行耦合和交換信息，實現多平臺的量子網絡和通信。
而超導量子計算也有其長處——量子比特可控性強、拓展性良好、可依托現有成熟的集成電路工藝。
但劣勢也很明顯：為保障退相干時間，超導量子比特必須在接近絕對零度的真空環境下運行，這就必須依賴強大的低溫制冷系統。
如果室溫超導技術獲得實質性突破，超導量子計算將有望迎來爆發性的大發展。
量子計算優越性的研究是一個復雜而富有挑戰性的工作，量子計算硬件與經典算法之間存在著長期競爭。
美國、加拿大、歐洲等國都在爭相開展量子計算的研究，但中國成功研制[九章三號]量子計算機已經引領了全球光量子計算領域發展。
未來，量子計算機將變得更加強大，同時更加便攜化，這將使其在更多領域得到廣泛應用。
同時，全球的合作與競爭也將不斷激發新的突破。
部分資料參考：風云之聲：《九章三號如何遙遙領先？袁嵐峰老師的解讀來啦！》，晴方宇：《揭秘[九章三號]：量子計算領域的新里程碑》，心科網生：《九章三號破天荒：速度提升一百萬倍，再創新的世界紀錄！》
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