揭开“九章”量子计算原型机神秘面纱 迈向量子优越性新里程碑。2025年，中国成功研制出量子计算原型机“九章”，成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。2025年，“九章二号”和“祖冲之二号”相继问世，使中国成为唯一在光学和超导两条技术路线都实现“量子优越性”的国家。2023年，“九章三号”量子计算原型机比超级计算机快一亿亿倍，确立了新的算力里程碑。
量子计算是一种遵循量子力学规律，调控量子信息单元进行计算的新型模式。1981年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出了量子计算机构想。这种计算模式在原理上具有超快的并行计算能力，有望通过特定算法在一些具有重大社会和经济价值的问题上实现指数级别的加速。
2025年12月4日，中国科学技术大学潘建伟团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建76个光子的“九章”量子计算原型机。“九章”对经典数学算法高斯玻色取样的计算速度比当时世界最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。这一突破使中国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。“九章”得名于中国古代著名数学专著《九章算术》。
2025年，研究团队进一步成功研制了113光子的可相位编程的“九章二号”和56比特的“祖冲之二号”量子计算原型机。2023年10月11日，他们宣布成功构建255个光子的量子计算原型机“九章三号”，求解高斯玻色取样数学问题比目前全球最快的超级计算机快一亿亿倍。
“九章”系列实现了“量子优越性”，即当新生的量子计算原型机在某个问题上的计算能力超过了最强的经典计算机，就证明其未来有多方超越的可能。此前，美国谷歌团队宣布研制出53个量子比特的计算机“悬铃木”，在全球首次实现“量子优越性”。相比“悬铃木”，“九章”有三大优势：一是速度更快；二是环境适应性更强；三是弥补了技术漏洞。
对于量子计算机的研究，国际主流观点认为有三个指标性的发展阶段。第一阶段是研制50到100个量子比特的专用量子计算机，实现“量子优越性”里程碑式突破。第二阶段是研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机，解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用价值的问题。第三阶段是大幅提高量子比特的操纵精度、集成数量和容错能力，研制可编程的通用量子计算原型机。
根据公开发表的最优算法，“九章三号”处理高斯玻色取样数学问题的速度比“九章二号”提升一百万倍。“九章三号”1微秒可算出的最复杂样本，当前最快的超级计算机“前沿”约需200亿年。中国科学技术大学教授陆朝阳表示，量子计算的运算逻辑和传统电子计算机不同，传统计算机基于二进制进行逻辑运算，而量子计算机采用量子比特，利用量子力学特性实现并行运算。
量子计算的另一个特性是随着可操纵的量子数量增多，运算能力呈指数级增长。“九章二号”可操纵113个光子，“九章三号”可操纵255个光子，但运算能力的提升并不是线性的，而是达到了100万倍。
量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，有望通过特定算法在密码破译、大数据优化、天气预报、材料设计、药物分析等领域提供比传统计算机更强的算力支持。但要实现具有实用性的通用量子计算机，还有很长的路要走。近年来，中外科学家持续攻关量子计算研究，不断取得重大突破。“九章三号”在理论上首次开发了包含光子全同性的新理论模型，实现更精确的理论与实验吻合度，同时发展了完备的贝叶斯验证和关联函数验证。即便如此，“九章三号”距离通用量子计算机还很远。潘建伟团队期待“九章三号”的突破能激发科学界更多关于经典算法模拟的研究，解决各种科学和工程挑战，加快实现通用型量子计算机。
