經(jīng)實驗測算，“九章四號”的量子優(yōu)勢比達到10的54次方量級。換言之，在求解該特定問題上，其速度比當今地球上最強大的經(jīng)典超級計算機快了超過億億億億億億倍。
國際知名學術(shù)期刊《自然》（Nature）今日在線發(fā)表中國科學技術(shù)大學潘建偉、陸朝陽、張強、劉乃樂研究團隊聯(lián)合濟南量子技術(shù)研究院、山西大學、清華大學、上海人工智能實驗室、嶗山實驗室、國家并行計算機工程技術(shù)研究中心等單位共同完成的最新成果：可編程量子計算原型機“九章四號”成功研制，首次操縱和探測高達3050個光子的量子態(tài)，再度刷新光量子信息技術(shù)世界紀錄，建立了當前國際上最強的“量子計算優(yōu)越性”。
核心性能：25微秒完成超算10的42次方年任務
“九章四號”針對“高斯玻色取樣”（Gaussian Boson Sampling）這一特定數(shù)學問題展示了壓倒性算力優(yōu)勢。據(jù)新華社報道，該原型機生成一個復雜數(shù)據(jù)樣本僅需25微秒，而即便動用目前全球最快的超級計算機El Capitan及最優(yōu)經(jīng)典算法，完成同樣任務也需要超過10的42次方年。
經(jīng)實驗測算，“九章四號”的量子優(yōu)勢比達到10的54次方量級。換言之，在求解該特定問題上，其速度比當今地球上最強大的經(jīng)典超級計算機快了超過億億億億億億倍。
關(guān)鍵指標實現(xiàn)數(shù)量級跨越
與2023年“九章三號”探測255個光子相比，“九章四號”將光子操控規(guī)模提升了整整一個數(shù)量級。其核心參數(shù)包括：
- 1024個量子壓縮態(tài)輸入：作為光量子計算的“高能燃料”，為構(gòu)建復雜量子糾纏提供基礎；
- 8176個模式：光子可在多達8176個路徑/維度中穿梭干涉，形成龐大的計算狀態(tài)空間；
- 3050個光子：即3000余個量子比特，標志著人類操控微觀量子世界的規(guī)模實現(xiàn)跨越式升級。
實驗數(shù)據(jù)顯示，在最大規(guī)模測試組（L1024）中，“九章四號”平均光子點擊數(shù)達到2207個，最高探測到3050個光子。
最大技術(shù)突破：可編程時空混合編碼
光量子計算走向更大規(guī)模長期受困于“光子損耗”難題——光學網(wǎng)絡越復雜，光子越容易“跑丟”，從而削弱計算能力。此次團隊首創(chuàng)“可編程時空混合編碼”架構(gòu)，讓光子在時間與空間兩個維度上同時發(fā)生干涉，實現(xiàn)了連接度的立方級擴展，而所需物理資源僅線性增長。
具體而言，整套光路由三級16模干涉儀組成，中間以兩組光纖延遲環(huán)陣列連接（短延遲環(huán)覆蓋τ至15τ，長延遲環(huán)覆蓋16τ至255τ，τ為50納秒），最終將1024個高效率壓縮態(tài)光場集成到8176模式線路中。該架構(gòu)配合92%效率的光學參量振蕩器光源、超過40分貝的噪聲抑制比，以及多套主動相位鎖定系統(tǒng)（精度達納米級），使系統(tǒng)可連續(xù)穩(wěn)定運行數(shù)十小時。
驗證與經(jīng)典模擬的鴻溝
為確證“九章四號”超越經(jīng)典計算機，研究團隊采用貝葉斯檢驗、高階相關(guān)函數(shù)分析、矩陣乘積態(tài)（MPS）算法及樹寬采樣器（Treewidth）等多種經(jīng)典模擬方法進行交叉驗證。結(jié)果顯示，即便將目前最強大的經(jīng)典模擬器參數(shù)推至極限（如樹寬參數(shù)設為161），其近似結(jié)果與“九章四號”的真實實驗數(shù)據(jù)仍存在巨大偏差。對于L1024實驗組，若要將矩陣乘積態(tài)的截斷誤差降至足夠低，所需鍵維度將超過10的21次方，已超出任何現(xiàn)有超級計算機的存儲能力。
應用前景：從專用模擬走向通用計算
當前，“九章”系列屬于極為強大的專用量子模擬機，核心擅長解決高斯玻色取樣問題。該問題短期內(nèi)可用于圖像識別、圖論計算（如稠密子圖發(fā)現(xiàn)，在社交網(wǎng)絡分析、金融風險控制、生物信息學等領域具備潛在價值）；長遠來看，其生成的數(shù)據(jù)可用于構(gòu)造玻色糾錯碼，是通往容錯光量子計算硬件與通用量子計算機的關(guān)鍵路徑。
研究團隊指出，“九章四號”在規(guī)模與低損耗上的雙重領先優(yōu)勢，為構(gòu)建“萬億量子模式的三維簇態(tài)”奠定了技術(shù)基礎。該原型機展示的32路時間片與16路空間模式混合編碼能力，具備向更大規(guī)模擴展的潛力，其模塊化設計也為未來的拼接與互聯(lián)提供了可行性。
九章系列演進與中國量子計算布局
回顧“九章”系列發(fā)展脈絡：
2020年：“九章”原型機，76個光子，首次在光學體系實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性；
2021年：“九章二號”，113個光子，實現(xiàn)可相位編程；
2023年：“九章三號”，255個光子；
2026年：“九章四號”，3050個光子，量子優(yōu)勢比達10^54。
與此同時，中國在超導量子計算路線上也先后推出“祖沖之二號”“祖沖之三號”，使中國成為全球唯一在光量子與超導量子兩條技術(shù)路線上均實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”的國家。2025年底，中國科研團隊還在量子糾錯領域取得“低于閾值，越糾越對”的里程碑式突破。
國際學界普遍認為，量子計算發(fā)展需經(jīng)歷三個階段：實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性、研制可操縱數(shù)百個量子比特的量子模擬機、研制可編程通用量子計算機。此次“九章四號”的成果，標志著中國在第一階段持續(xù)鞏固全球領跑地位，并為第二、三階段的技術(shù)迭代提供了關(guān)鍵工程基礎。
相關(guān)論文信息：
論文標題：Gaussian boson sampling with 1,024 squeezed states in 8,176 modes
發(fā)表期刊：《自然》（Nature）
在線發(fā)表時間：2026年5月13日
DOI：10.1038/s41586-026-10523-6
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