“九章”量子计算原型机。中国科学技术大学供图

量子计算是后摩尔时代的一种新的计算范式，它在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定量子算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面相比经典计算机实现指数级别的加速。因而，研制量子计算机是当前世界科技前沿的挑战之一。

从上世纪80年代初，科学家们提出量子计算概念、建立通用量子图灵机理论，90年代提出大数分解算法和量子纠错以来，量子计算领域一直追求的一个重大里程碑目标是真正在技术上造出量子计算原型机，对特定问题的求解展现超级计算机无法比拟的算力。这个里程碑标志着量子计算从“物理演示”真正迈进“展示算力”的拐点，被国际学术界取名为“量子计算优越性”。它不仅是实现未来大规模量子计算的第一步，并可用于实验检验计算科学著名的“扩展的丘奇—图灵论题”，成为国际激烈角逐的焦点。

历经多年的原理探索和技术攻关，中国科大潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队自主研发了高性能量子光源和高精度锁相多模式光量子干涉线路，并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，于2020年构建了76个光子100模式的量子计算原型机“九章”，并在第二年升级到113个光子144模式的“九章二号”。

据悉，“九章”的命名是为了纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》。在对高斯玻色取样任务的求解上，“九章”量子计算原型机比当时最好的经典算法和超级计算机快1014倍，功耗低1013。进一步，研究团队揭示了高斯玻色取样和图论之间的数学联系，基于“九章”完成对稠密子图和Max-Haf两类具有实用价值的图论问题的求解，相比经典计算机精确模拟的速度快1.8亿倍。

“九章”量子计算机模型机研发团队合影。　　中国科学技术大学供图

“九章”量子计算原型机的成功研制，使我国首次达到了具有历史性意义的“量子计算优越性”里程碑，牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位。据介绍，它由激光系统、量子光源、锁相系统、光量子干涉线路和探测系统等组成。此次研究团队将自主研制的多模式干涉仪、光纤相位调节器、量子变换矩阵相位测量模块等5件关键器件实物及完整的原始实验记录本捐赠给中国国家博物馆，丰富了国家博物馆在前沿尖端科技实物领域的馆藏，对于记录、展示和弘扬新时代面向世界科技前沿实现的关键核心技术突破和跨越式发展具有重要意义。(完)