国际知名学术期刊《自然》（Nature）今日在线发表中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐研究团队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共同完成的最新成果：可编程量子计算原型机“九章四号”成功研制，首次操纵和探测高达3050个光子的量子态，再度刷新光量子信息技术世界纪录，建立了当前国际上最强的“量子计算优越性”。
“九章四号”针对“高斯玻色取样”（Gaussian Boson Sampling）这一特定数学问题展示了压倒性算力优势。据新华社报道，该原型机生成一个复杂数据样本仅需25微秒，而即便动用目前全球最快的超级计算机El Capitan及最优经典算法，完成同样任务也需要超过10的42次方年。
经实验测算，“九章四号”的量子优势比达到10的54次方量级。换言之，在求解该特定问题上，其速度比当今地球上最强大的经典超级计算机快了超过亿亿亿亿亿亿倍。
与2023年“九章三号”探测255个光子相比，“九章四号”将光子操控规模提升了整整一个数量级。其核心参数包括：
1024个量子压缩态输入：作为光量子计算的“高能燃料”，为构建复杂量子纠缠提供基础；
8176个模式：光子可在多达8176个路径/维度中穿梭干涉，形成庞大的计算状态空间；
3050个光子：即3000余个量子比特，标志着人类操控微观量子世界的规模实现跨越式升级。
实验数据显示，在最大规模测试组（L1024）中，“九章四号”平均光子点击数达到2207个，最高探测到3050个光子。
光量子计算走向更大规模长期受困于“光子损耗”难题——光学网络越复杂，光子越容易“跑丢”，从而削弱计算能力。此次团队首创“可编程时空混合编码”架构，让光子在时间与空间两个维度上同时发生干涉，实现了连接度的立方级扩展，而所需物理资源仅线性增长。
具体而言，整套光路由三级16模干涉仪组成，中间以两组光纤延迟环阵列连接（短延迟环覆盖τ至15τ，长延迟环覆盖16τ至255τ，τ为50纳秒），最终将1024个高效率压缩态光场集成到8176模式线路中。该架构配合92%效率的光学参量振荡器光源、超过40分贝的噪声抑制比，以及多套主动相位锁定系统（精度达纳米级），使系统可连续稳定运行数十小时。
为确证“九章四号”超越经典计算机，研究团队采用贝叶斯检验、高阶相关函数分析、矩阵乘积态（MPS）算法及树宽采样器（Treewidth）等多种经典模拟方法进行交叉验证。结果显示，即便将目前最强大的经典模拟器参数推至极限（如树宽参数设为161），其近似结果与“九章四号”的真实实验数据仍存在巨大偏差。对于L1024实验组，若要将矩阵乘积态的截断误差降至足够低，所需键维度将超过10的21次方，已超出任何现有超级计算机的存储能力。
当前，“九章”系列属于极为强大的专用量子模拟机，核心擅长解决高斯玻色取样问题。该问题短期内可用于图像识别、图论计算（如稠密子图发现，在社交网络分析、金融风险控制、生物信息学等领域具备潜在价值）；长远来看，其生成的数据可用于构造玻色纠错码，是通往容错光量子计算硬件与通用量子计算机的关键路径。
研究团队指出，“九章四号”在规模与低损耗上的双重领先优势，为构建“万亿量子模式的三维簇态”奠定了技术基础。该原型机展示的32路时间片与16路空间模式混合编码能力，具备向更大规模扩展的潜力，其模块化设计也为未来的拼接与互联提供了可行性。
回顾“九章”系列发展脉络：
2020年：“九章”原型机，76个光子，首次在光学体系实现量子计算优越性；
2021年：“九章二号”，113个光子，实现可相位编程；
2023年：“九章三号”，255个光子；
2026年：“九章四号”，3050个光子，量子优势比达10^54。
与此同时，中国在超导量子计算路线上也先后推出“祖冲之二号”“祖冲之三号”，使中国成为全球唯一在光量子与超导量子两条技术路线上均实现“量子计算优越性”的国家。2025年底，中国科研团队还在量子纠错领域取得“低于阈值，越纠越对”的里程碑式突破。
国际学界普遍认为，量子计算发展需经历三个阶段：实现量子计算优越性、研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机、研制可编程通用量子计算机。此次“九章四号”的成果，标志着中国在第一阶段持续巩固全球领跑地位，并为第二、三阶段的技术迭代提供了关键工程基础。
相关论文信息：
论文标题：Gaussian boson sampling with 1,024 squeezed states in 8,176 modes
发表期刊：《自然》（Nature）
在线发表时间：2026年5月13日
DOI：10.1038/s41586-026-10523-6
来源：电子工程专辑
