我國量子計算新突破意義重大

朱 帥

近日，我國成功構建了255個光子的量子計算原型機“九章三號”，再度刷新了光量子信息的技術水平和量子計算優越性的世界紀錄。這不僅證明了量子計算技術的可行性，而且對於拓展人類認知的邊界、提升我國國家競爭力、爲國家信息安全提供保障具有重要意義。

首先，不斷迭代體現了中國在量子計算領域的持續努力和進步。

“九章三號”是一臺光量子計算原型機，由中國科學技術大學等多家單位合作研發成功。九章量子計算原型機的歷史可以追溯到2020年12月，當時該團隊成功地研製出了76個光子的量子計算原型機，並將其命名爲“九章”。在此基礎上，科學家們進一步構建了“九章二號”和“九章三號”量子計算原型機，它們的光子數量分別增加到113個和255個。

量子計算是一種基於量子力學原理和量子比特（qubit）進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算具有並行性，指數級加速等優勢。與傳統計算機使用的比特不同，量子比特可以同時處於多種狀態的疊加態，這使得量子計算在某些問題上具有更高的效率和速度。

“九章三號”是光量子計算技術路線上的一次重大突破。量子計算的技術路線包括許多不同的方法，主要有超導量子計算、離子阱計算、光量子計算、半導體量子計算。此外還有一些其他的技術路線，如極化分子計算、硅中的電子或核自旋計算等。“九章三號”採用的是光量子計算技術路線。光量子計算使用光子作爲信息載體進行計算，其主要優勢在於理論上可以實現無限並行計算，且不存在量子糾纏問題。光量子計算在解決特定問題時具有較高的效率和速度，例如對於搜索無序數據庫等問題，光量子計算相較於經典計算具有指數級的加速優勢。“九章三號”量子計算原型機在處理高斯玻色取樣數學問題上的速度上有着顯著的突破。根據公開正式發表的最優經典精確採樣算法，“九章三號”處理高斯玻色取樣的速度比上一代“九章二號”提升了100萬倍，比目前全球最快的超級計算機快1億億倍，處理某些問題的能力遠超傳統計算機。

“九章三號”採用了時空解複用的光子探測新方法，構建了高保真度的準光子數可分辨探測器，提升了光子操縱水平和量子計算複雜度。這意味着“九章三號”在操作和測量量子比特時，能夠儘可能地減少誤差，保持量子比特的初始狀態，從而提高量子計算的精度和可靠性。

其次，既拓展了人類認知邊界，又提升了國家競爭力。

“九章三號”的成功研製並在全球範圍內實現量子優越性，證明了量子計算技術是一種可行的計算方式，能夠解決傳統計算機難以解決的問題。量子力學是現代物理學的基石之一。“九章三號”的成功，使我們對量子世界的認知更加深入，拓展了人類認知的邊界。

在量子計算領域，我國在超導、半導體、光學等三條技術路線上均取得了重要突破。“九章三號”量子計算原型機的研製成功並實現量子優越性，爲我國在量子計算領域佔領科技制高點，保持國際競爭優勢提供了有力保障。在全球科技競爭日益激烈的背景下，我國在量子計算領域的突破將爲國家的科技創新和經濟發展注入強大的動力。

此外，量子計算技術在信息安全方面的應用，可以有效提高我國的信息安全水平，爲國家的信息安全提供強大的技術保障。

再次，量子計算技術將助力未來科技發展。

“九章三號”量子計算原型機的成功研製，將進一步推動量子計算技術的發展，使得量子計算從實驗室走向實際應用成爲可能。量子計算的強大計算能力，將可能對許多行業產生深遠影響，包括密碼學、優化問題、藥物設計等。

而且，量子計算的發展，將推動量子通信、量子傳感等相關領域的發展，形成完整的量子信息技術體系。這些技術在國防、金融、醫療等領域具有廣泛的應用前景。由於量子計算技術在處理大數據、複雜計算等問題上具有天然優勢，“九章三號”量子計算原型機的成功，將爲科學研究提供更爲強大的計算工具，同時將推動第四次科技革命在更多領域取得突破性進展。（作者是知名科技工作者）▲