12月4日，國際學術期刊《科學》雜誌公布了中國「九章」的重大突破——中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等學者組成的研究團隊與合作者成功構建了76個光子的量子計算原型機「九章」，推動全球量子計算的前沿研究達到一個新高度。根據現有理論，在「高斯玻色取樣」任務中，「九章」一分鐘完成的任務，超級計算機需要一億年。儘管距離實際應用仍有漫漫長路，但成功實現了「量子計算優越性」的里程碑式突破。

　比「富岳」快一百萬億倍

　陸朝陽介紹，「九章」實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。根據目前最優的經典算法，「九章」對於處理高斯玻色取樣的速度比目前世界排名第一的超級計算機「富岳」快一百萬億倍，等效地比谷歌去年發布的53比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。

　量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力，可望通過特定算法在密碼破譯、大數據優化、藥物分析等方面，相比經典計算機實現指數級別的加速。目前，研製量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰之一，成為歐美各發達國家角逐的焦點。

　據介紹，潘建偉團隊一直在光量子信息處理方面處於國際領先水平。該團隊於2017年構建了世界首台超越早期經典計算機(ENIAC)的光量子計算原型機。此次通過自主研製同時具備高效率、高全同性、極高亮度和大規模擴展能力的量子光源等，成功構建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機「九章」。中國科學技術大學介紹，命名為「九章」是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。

　潘建偉認為，量子優越性實驗並不是一個一蹴而就的工作，而是更快的經典算法和不斷提升的量子計算硬件之間的競爭，但最終量子並行性會產生經典計算機無法企及的算力。

　20年攻克三大技術難關

　對於「九章」的突破，《科學》雜誌審稿人評價這是「一個最先進的實驗」「一個重大成就」，多位國際知名專家也給予高度評價(詳見列表)。

　據了解，潘建偉團隊這次突破歷經了20年努力，從2001年開始組建實驗室，他們曾多次刷新量子糾纏數量的世界紀錄。「九章」的突破，主要攻克了三大技術難關：高品質量子光源、高精度鎖相技術、規模化干涉技術。

　其中的高品質量子光源，是目前國際上唯一同時具備高效率、高全同性、高亮度和大規模擴展能力的量子光源。「比如說，我們每次喝下一口水很容易，但要每次喝下一個水分子非常困難。」陸朝陽說，高品質光源要保證每次只「放出」1個光子，且每個光子要一模一樣，這是巨大挑戰。同時，鎖相精度要控制在10的負9次方以內，相當於傳輸一百公里距離，偏差不能超過一根頭髮絲的直徑。

　與通用計算機相比，「九章」還只是「單項冠軍」，但其超強算力，在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用價值。