我国量子计算新突破意义重大

朱 帅

近日，我国成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。这不仅证明了量子计算技术的可行性，而且对于拓展人类认知的边界、提升我国国家竞争力、为国家信息安全提供保障具有重要意义。

首先，不断迭代体现了中国在量子计算领域的持续努力和进步。

“九章三号”是一台光量子计算原型机，由中国科学技术大学等多家单位合作研发成功。九章量子计算原型机的历史可以追溯到2020年12月，当时该团队成功地研制出了76个光子的量子计算原型机，并将其命名为“九章”。在此基础上，科学家们进一步构建了“九章二号”和“九章三号”量子计算原型机，它们的光子数量分别增加到113个和255个。

量子计算是一种基于量子力学原理和量子比特（qubit）进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算具有并行性，指数级加速等优势。与传统计算机使用的比特不同，量子比特可以同时处于多种状态的叠加态，这使得量子计算在某些问题上具有更高的效率和速度。

“九章三号”是光量子计算技术路线上的一次重大突破。量子计算的技术路线包括许多不同的方法，主要有超导量子计算、离子阱计算、光量子计算、半导体量子计算。此外还有一些其他的技术路线，如极化分子计算、硅中的电子或核自旋计算等。“九章三号”采用的是光量子计算技术路线。光量子计算使用光子作为信息载体进行计算，其主要优势在于理论上可以实现无限并行计算，且不存在量子纠缠问题。光量子计算在解决特定问题时具有较高的效率和速度，例如对于搜索无序数据库等问题，光量子计算相较于经典计算具有指数级的加速优势。“九章三号”量子计算原型机在处理高斯玻色取样数学问题上的速度上有着显著的突破。根据公开正式发表的最优经典精确采样算法，“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升了100万倍，比目前全球最快的超级计算机快1亿亿倍，处理某些问题的能力远超传统计算机。

“九章三号”采用了时空解复用的光子探测新方法，构建了高保真度的准光子数可分辨探测器，提升了光子操纵水平和量子计算复杂度。这意味着“九章三号”在操作和测量量子比特时，能够尽可能地减少误差，保持量子比特的初始状态，从而提高量子计算的精度和可靠性。

其次，既拓展了人类认知边界，又提升了国家竞争力。

“九章三号”的成功研制并在全球范围内实现量子优越性，证明了量子计算技术是一种可行的计算方式，能够解决传统计算机难以解决的问题。量子力学是现代物理学的基石之一。“九章三号”的成功，使我们对量子世界的认知更加深入，拓展了人类认知的边界。

在量子计算领域，我国在超导、半导体、光学等三条技术路线上均取得了重要突破。“九章三号”量子计算原型机的研制成功并实现量子优越性，为我国在量子计算领域占领科技制高点，保持国际竞争优势提供了有力保障。在全球科技竞争日益激烈的背景下，我国在量子计算领域的突破将为国家的科技创新和经济发展注入强大的动力。

此外，量子计算技术在信息安全方面的应用，可以有效提高我国的信息安全水平，为国家的信息安全提供强大的技术保障。

再次，量子计算技术将助力未来科技发展。

“九章三号”量子计算原型机的成功研制，将进一步推动量子计算技术的发展，使得量子计算从实验室走向实际应用成为可能。量子计算的强大计算能力，将可能对许多行业产生深远影响，包括密码学、优化问题、药物设计等。

而且，量子计算的发展，将推动量子通信、量子传感等相关领域的发展，形成完整的量子信息技术体系。这些技术在国防、金融、医疗等领域具有广泛的应用前景。由于量子计算技术在处理大数据、复杂计算等问题上具有天然优势，“九章三号”量子计算原型机的成功，将为科学研究提供更为强大的计算工具，同时将推动第四次科技革命在更多领域取得突破性进展。（作者是知名科技工作者）▲