中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，成功構(gòu)建了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”。這一重大成果使得我國成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”（也稱“量子霸權(quán)”）的國家，在特定問題的處理速度上比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快一百萬億倍，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。這不僅僅是硬件的勝利，其背后的軟件、算法及精密輔助設(shè)備系統(tǒng)同樣構(gòu)成了這一里程碑的堅(jiān)實(shí)底座。

“九章”的命名源于中國古代數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》，寓意著其在解決復(fù)雜數(shù)學(xué)問題上的強(qiáng)大潛力。與谷歌去年采用超導(dǎo)路線的“懸鈴木”處理器不同，“九章”采用的是光量子技術(shù)路線。它處理“高斯玻色取樣”這一特定數(shù)學(xué)問題的速度，將經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)（如“富岳”）需耗費(fèi)6億年完成的任務(wù)，縮短到了僅僅200秒。這一巨大的速度差異，明確驗(yàn)證了量子計(jì)算在特定任務(wù)上的顛覆性優(yōu)勢(shì)。

一臺(tái)強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)絕非僅有硬件即可運(yùn)行。此次突破的背后，是一整套復(fù)雜且先進(jìn)的軟件與輔助設(shè)備系統(tǒng)的有力支撐。

核心軟件與算法的突破：
“九章”所執(zhí)行的“高斯玻色取樣”任務(wù)，需要極其精密的算法設(shè)計(jì)和控制軟件。研究團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了高效的量子計(jì)算模擬軟件和算法，用于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，并實(shí)現(xiàn)對(duì)76光子復(fù)雜量子態(tài)的精確調(diào)控。這些軟件能夠?qū)⒊橄蟮奈锢韱栴}轉(zhuǎn)化為量子計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的操作指令序列，是連接理論、硬件與應(yīng)用的關(guān)鍵橋梁。

精密輔助設(shè)備系統(tǒng)：
光量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行極度依賴其“感官”與“神經(jīng)”。

1. 單光子源與探測器：“九章”的核心是高品質(zhì)的單光子源和高效率的單光子探測器。團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了高性能量子光源，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生幾乎一模一樣的光子；使用的超導(dǎo)納米線單光子探測器效率極高，能靈敏地捕捉到極其微弱的光信號(hào)。這些核心部件是光量子信息處理的起點(diǎn)與終點(diǎn)。
2. 復(fù)雜光路與相位穩(wěn)定系統(tǒng)：為了操縱76個(gè)光子進(jìn)行干涉和演化，實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了規(guī)模空前的光路系統(tǒng)，包含數(shù)百個(gè)光學(xué)元件。整個(gè)系統(tǒng)必須保持在極高的相位穩(wěn)定性下，任何微小的振動(dòng)或溫度波動(dòng)都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。為此，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了先進(jìn)的光路集成與主動(dòng)相位穩(wěn)定技術(shù)，確保系統(tǒng)在長時(shí)間內(nèi)精確運(yùn)行。
3. 自動(dòng)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：如此龐大的實(shí)驗(yàn)裝置需要高度自動(dòng)化的控制。團(tuán)隊(duì)集成了精密的時(shí)序同步、參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的精準(zhǔn)控制和海量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理與分析。

意義與未來展望：
“九章”的成功，標(biāo)志著我國在量子科技領(lǐng)域從“跟跑”到“并跑”，并在某些方面進(jìn)入“領(lǐng)跑”階段。它不僅在算力上實(shí)現(xiàn)了里程碑式的跨越，更通過攻關(guān)自主可控的核心部件（如光源、探測器）、軟件和控制系統(tǒng)，為我國在量子計(jì)算這一戰(zhàn)略制高點(diǎn)上積累了全技術(shù)棧的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

“九章”目前還是一款解決特定問題的原型機(jī)，類似于早期電子計(jì)算機(jī)只能做專門計(jì)算。通往通用的、可編程的量子計(jì)算機(jī)道路依然漫長，需要克服量子糾錯(cuò)、規(guī)模擴(kuò)展等一系列巨大挑戰(zhàn)。但毋庸置疑，此次在硬件、軟件及輔助設(shè)備上的全面突破，為中國在未來量子計(jì)算競爭中占據(jù)了有利位置，也為探索量子機(jī)器學(xué)習(xí)、量子化學(xué)模擬等實(shí)際應(yīng)用打開了新的大門。中國的量子科技工作者正以扎實(shí)的步伐，將“算力革命”的宏偉藍(lán)圖一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。