想象一下，世界上最快的超级计算机需要耗费10的42次方年——一个近乎永恒的时间尺度——才能求解的特定数学难题，如今有一台机器仅需25微秒即可完成。这个速度差距，不是简单的倍数关系，而是超越了“亿亿亿亿亿亿”倍的惊人鸿沟。创造这一奇迹的，正是由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等研究团队联合国内多家单位最新研制成功的“九章四号”光量子计算原型机。
这项刷新光量子信息技术世界纪录的重大成果，已于近期在国际顶级学术期刊《自然》上正式发表。那么，究竟什么是量子计算机？“九章四号”为何能实现如此强大的计算能力？这次突破对于量子计算发展意味着什么？让我们结合科研团队的权威解读，深入探究其背后的科学原理与深远意义。
“九章四号”量子计算原型机局部。新华社发
量子计算机：一种全新的计算范式
简单来说，量子计算机是一种遵循量子力学规律进行信息处理的物理装置。它与我们日常使用的经典计算机的根本区别在于信息的基本单元：经典计算机使用比特（0或1），而量子计算机使用量子比特。量子比特的神奇之处在于，它可以同时处于“0”和“1”的量子叠加态。借助这种叠加态以及量子比特之间的“纠缠”特性，量子计算能够并行处理海量计算路径，从而在解决某些特定复杂问题时，实现指数级的加速，这正是量子计算优越性的核心体现。
目前，主流的量子比特技术路线包括超导、离子阱、光量子等。而“九章四号”属于光量子技术路线，它利用光子来编码量子比特，通过对光子的精密操控和测量实现计算。它也是此前“九章”、“九章二号”、“九章三号”原型机的又一次里程碑式重磅升级。
“九章四号”相对目前最快超级计算机的加速比。新华社发
解读关键参数：规模与能力的飞跃
新闻中提到的“1024个量子压缩态输入、8176模式、操纵3050个光子”这些专业术语，具体意味着什么？
我们可以这样理解：“1024个量子压缩态”好比是驱动这台量子计算机的“高性能量子燃料”。在光量子计算中，这种特殊制备的光子态具有非凡的量子特性，是构建复杂量子纠缠网络、实现量子优势的基石。
“8176模式”则代表了光子在计算网络中所有可能的“路径”或“通道”总数。你可以将其想象成一个拥有八千多个节点的、极其复杂的三维立体光学网络，光子在其中进行着精密的干涉与演化。
最核心的指标是“3050个光子”，这直接对应着超过3000个的量子比特规模。要知道，此前的“九章三号”能够探测和操纵255个光子，“九章四号”将这个数字提升了十倍以上。这种数量级的跨越，意味着系统能够处理和表达的计算状态空间呈指数级膨胀，标志着人类在操控大规模量子系统、实现量子霸权（量子优越性）的道路上迈出了关键一步。
“九章四号”量子计算原型机示意图。新华社发
核心技术突破：攻克“光子损耗”难题
光量子计算走向更大规模，一直面临一个核心挑战——“光子损耗”。随着光学网络变得越来越大、越来越复杂，光子在其中传输时极易丢失，这会导致计算保真度和能力大幅下降。
“九章四号”之所以能实现量子比特规模的数量级提升，关键在于研究团队首创的“可编程时空混合编码”架构。传统的思路是通过不断增加物理光学器件来扩大规模，但这会导致设备异常庞大，且损耗急剧上升。而新架构巧妙地让光子在时间和空间两个维度上同时发生干涉，极大地增强了整个光网络的连通性和灵活性，同时又有效控制了物理设备的复杂度和规模，显著降低了光子损耗。正是这一创新性架构，使得对高达3050个光子的高效操纵和探测成为可能，从而带来了量子计算算力的指数级飞跃。
2026年4月10日拍摄的“九章四号”量子计算原型机局部。新华社记者 周牧 摄
里程碑意义：通向通用量子计算的基石
那么，这次突破究竟意味着什么？
首先需要明确的是，目前的“九章”系列是强大的专用量子模拟机，它特别擅长解决“高斯玻色取样”这类特定的数学问题。这类问题在短期内可用于图像识别、图论计算、量子机器学习等领域，而从长远看，它更是生成玻色纠错码的关键，而纠错码是未来构建高稳定性、可容错的通用量子计算机不可或缺的组成部分。
“九章四号”在量子比特规模和系统低损耗方面取得的双重领先优势，为下一步构建“万亿量子模式的三维簇态”以及未来的“容错光量子计算硬件”铺平了道路。可以说，它为实现最终的通用量子计算机奠定了更为坚实和先进的硬件基础。
当然，通向通用量子计算的道路依然漫长。最终的目标是能够稳定操纵上百万个量子比特，并具备强大的纠错能力。这需要科研人员在现有原型机的基础上持续迭代，一步步攻克难关。但毫无疑问，“九章四号”的成功，让我们在这条充满希望的道路上，看到了一个更清晰的里程碑，也标志着中国在光量子计算领域继续保持着国际领先地位。
