量子飞跃 未来可期（“四深”领域这样创新④）(3)

　　潘建伟说，目前“墨子号”已顺利完成了三大科学实验任务。“墨子号”实现了北京和乌鲁木齐之间遥远地点的量子分发，后又完成了双向量子纠缠分发和远距离量子隐形传态实验。在此基础上，完成了“墨子号”和京沪干线的对接，实现了洲际量子保密通信；并对量子力学与引力的融合进行探索。

　　量子计算实现“优越”

　　作为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计算模式，量子计算被认为可能是下一代信息革命的关键技术。而作为其中“门槛”的“量子优越性”，是指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传统计算机，就证明其未来有多方超越的可能。

　　在量子计算领域，由于其本身对环境的干扰非常敏感，潘建伟指出，真要造出一台通用的量子计算机大概还需要15年甚至更长的时间，因为会涉及几百万量子比特的相关操纵。因此，学界定义了3个阶段性的目标：第一阶段是能够操纵50到60个量子比特，使处理某些特殊计算问题时超越传统计算机；第二阶段是能够操纵数百个甚至数千个量子比特，构建某种专用的量子计算机和量子模拟机，揭示某些经典计算机无法解决的复杂物理系统的规律；第三阶段是构建可编程的、通用的量子计算机。

　　中国在这些方面已取得了比较好的进展。

　　潘建伟团队在2017年便构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机，这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机。

　　2020年底，中国成功构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解，根据最新的经典算法，比当时最快的超级计算机快10万倍。

　　潘建伟团队成员、中国科大教授陆朝阳说，在费曼提出量子计算的概念近40年后，“九章”在实验上严格地证明了量子计算的加速能力，把梦想变成了现实。和原子、离子、超导电路等类型的量子计算机相比，光量子计算可在室温下、空气中运行，能克服量子噪声极限，结构亦相对比较简单。“九章”使得中国第一次进入国际量子计算第一方阵。

　　“九章”长啥样？在安徽合肥微尺度物质科学国家研究中心，两个通过光纤连接起来的长3米宽1.5米的不起眼“盒子”和“盒子”里密布的光学元器件，就是“九章”。“一个用来产生光源，另一个进行干涉，把光信号变成电信号后引到隔壁的探测器进行分析。”陆朝阳的学生、“九章”论文第一作者、95后博士生钟翰森介绍。

　　此后，潘建伟团队进行了一系列概念和技术创新。2021年，潘建伟、陆朝阳等专家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113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，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100亿倍。

　　“我们主要有三大突破，首先，显著提高了量子光源的产率、品质和收集效率，将光源关键指标从63%提升到92%。其次，将多光子量子干涉线路从100维度增加到144维度，操纵的光子数从76个增加到113个。第三，新增了可编程功能。”陆朝阳说。