中国光量子计算再破纪录，九章四号碾压全球最快超算

25微秒。这是“九章四号”量子计算原型机生成一个高斯玻色取样样本所需要的时间。

把这个数字翻译成人能感知的尺度：人类眨一次眼大约需要300毫秒，也就是30万微秒。“九章四号”完成一次计算的时间，大约是人眨眼时长的八千分之一。

而同样的任务，交给当今这颗星球上最强大的超级计算机——“El Capitan”——并配合目前人类所掌握的最优经典算法，需要超过10的42次方年。

10的42次方年是什么概念？宇宙诞生至今的时间，大约是1.38乘以10的10次方年，也就是138亿年。

用通俗的话说，即使把宇宙大爆炸那一刻就启动超算，一刻不停地算到今天，也只完成了任务所需总时长的不到万亿亿亿分之一。

将两者相除，得到的是一个令整个科学界为之震动的数字——“九章四号”在求解同一问题时，其计算速度达到了全球最快超级计算机的10的54次方倍。

这个数字不是增长百分之几十，不是翻了上千倍，而是在1后面加上54个零的恐怖量级。这是量子计算从“我比你快”到“你永远追不上”的一次降维打击。

“九章四号”较上一代“九章三号”的255个光子操纵能力提升了超过10倍，达到了3050个光子。

光子数的提升并非简单的数量叠加，而是计算能力的指数级增长。

每增加一个光子，系统所能探索的量子态空间就会翻倍扩展，3050个光子所对应的希尔伯特空间维度高达102461维，是“九章三号”的指数级倍数。

回顾中国在量子计算领域的进击路径，一条清晰的阶梯式跃迁图景呈现在眼前。

2020年，“九章”初代问世，76个光子，在国际上首次于光学体系实现量子计算优越性；2021年，“九章二号”将光子数推至113；2023年，“九章三号”再翻番至255个光子。

而今天，“九章四号”以3050个光子的操控能力站上了国际光量子计算领域的最高点。

2021年中国成功研制的56比特超导量子原型机“祖冲之二号”，也让中国成为全球唯一一个在光量子和超导两条技术路线上都实现了“量子计算优越性”的国家。

但通往3050光子的道路并不平坦。在开发大规模量子处理器的过程中，一道被称为“光子损耗”的技术难题一直像拦路虎般挡在科学家面前。

随着光学网络日益庞大复杂，光子在系统中传播时不可避免地会丢失，这严重制约着系统的可扩展性。

一个光子丢失了，整个计算就可能出现错误。当光子数量从几十拓展到上百、上千时，光子损耗带来的挑战几乎是数量级式的增长。

这一次，“九章四号”团队给出的技术方案突破了这项瓶颈。

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。

这套首创的“可编程时空混合编码”架构，让光子在时间和空间两个维度上同时发生干涉，极大提升了整个网络的连通性，又兼顾控制了物理器件的规模，最终实现了连接度的立方级扩展。

换言之，过去光量子计算“规模一大就散架”的困局，在这一架构下得到了根本性的突破。

值得注意的是，有一个细微却关键的数据经常被忽略：“九章四号”并非一台通用计算机，它的“快”目前依然只针对高斯玻色取样这一特定的数学问题。

在这个问题上，量子计算具有天然的优势——光子天生就适合做玻色取样，因为光子本身就是玻色子。这也是光量子计算在特定问题上能够实现对超算“降维打击”的物理本质。

不过，高斯玻色取样并非毫无价值的数学玩具。短期来看，它可以用于图像识别、图论计算等领域；远期来看，它还可以生成玻色纠错码，这是未来构建高稳定通用量子计算机的关键一步。

从全球竞争格局来看，量子计算早已成为大国战略博弈的核心战场。

在国际层面，加拿大Xanadu公司联合美国国家标准与技术研究院，已于2022年发布了216光子的“北极光”处理器，成为继中国之后第二个在光学体系实现量子计算优越性的团队。

此次“九章四号”以3050个光子的压倒性优势再度拉大了差距。

此外，美国谷歌公司早在2019年就凭借53比特超导处理器“悬铃木”率先声称实现了“量子霸权”——然而这一宣称在随后的技术核验中遭到动摇。

中国科大和上海人工智能实验室的科学家团队通过创新经典算法，将谷歌声称超算需要一万年才能完成的计算任务压缩到了数十秒，同时在能耗上比谷歌方案少了15倍，彻底颠覆了谷歌最初的结论。

与谷歌“悬铃木”相对脆弱的量子霸权宣示相比，潘建伟团队的路径更为审慎。

从“九章”到“九章四号”，每一代升级的数据都经过公开发表、接受全球学界检验，没有任何一个环节留有争议的空间。

这种科研作风本身，就是中国量子计算在全球博弈中的一道护城河。

如果把量子计算比作一场马拉松，谷歌的“悬铃木”类似于起跑时的短暂领先，但此后的赛程，每一步都在考验硬件控制能力、算法创新和系统架构的综合实力。

中国团队2020年以光学路线切入，此后几乎每隔一到两年就推出一代升级版本，每一代的光子数都大幅跃升，每一代的量子优势比都呈指数级增长。

“九章四号”所代表的，不仅是某一时间节点的领先，更是一种持续的技术迭代能力和稳定的科研组织模式。

这在国际量子计算领域，本身就是极为稀缺的战略资产。而“九章四号”的成果，也为构建“万亿量子模式的三维簇态”和未来“容错光量子计算硬件”提供了更多可能性。

一旦容错量子计算机得以实现，整个计算机科学的格局都将被重新定义——那将是从“专用量子计算”迈向“通用量子计算”的历史性分水岭。

有些人或许会问：一个专门用来解特定数学题的机器，对普通人有什么意义？这个问题本身就是对历史的误读。

2003年人类完成人类基因组测序时，耗时13年、耗资30亿美元，而今测一个人的全基因组只要几百美元，而这背后依赖的是经典计算能力的巨大飞跃。

每一次计算技术的范式革命，都是从“看似无用的专门任务”开始的。

当量子比特的操控精度突破容错阈值，当专用量子模拟机进化为通用量子计算机，“九章四号”所代表的技术跃迁，将在密码破译、药物研发、材料设计、气象预报等领域，带来我们如今还无法完全想象的变革。

“九章四号”的意义，不在于它今天做了什么，而在于它为明天打开了一扇多大尺寸的门。