九章（量子计算原型机）

“九章”是中国科学技术大学潘建伟团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建76个光子的量子计算原型机，求解数学算法高斯玻色取样只需200秒。

九章（量子计算原型机）详细介绍

“九章”是中国科学技术大学潘建伟团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建76个光子的量子计算原型机，求解数学算法高斯玻色取样只需200秒。

2020年12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。这一突破使我国成为全球第二个（第一个为谷歌的Sycamore）实现“量子优越性”（国外称“量子霸权”）的国家。2023年6月，“九章”光量子计算原型机成功求解图论问题。

九章发展历程

2017年，潘建伟团队构建了世界首台超越早期经典计算机（ENIAC）的光量子计算原型机。

2019年，该团队实现了20光子输入60模式干涉线路的玻色取样，输出复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间，逼近了量子计算优越性。

此后，研究团队通过自主研制同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源，同时满足相位稳定、全连通随机矩阵、波包重合度优于99.5%、通过率优于98%的100模式干涉线路，相对光程10的负9次方以内的锁相精度，高效率100通道超导纳米线单光子探测器。

2020年12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，其输出量子态空间规模达到了1030。同天，国际学术期刊《科学》发表了该成果，审稿人评价这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。

2023年6月，中国科学技术大学发布消息称，由潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队，基于“九章”光量子计算原型机完成了对“稠密子图”和“Max-Haf”两类图论问题的求解，比全球最快的超级计算机使用当前最优经典算法，精确模拟同一实验的速度快了约1.8亿倍。

2023年9月，中国科学技术大学消息，该校应邀向中国国家博物馆捐赠“九章”量子计算原型机相关科学元器件实物和原始资料。

九章运算性能

九章开发团队声称当求解5000万个样本的高斯玻色取样时，“九章”需200秒，而截至2020年世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年；当求解100亿个样本时，九章需10小时，而富岳需1200亿年。等效来看，“九章”的计算速度比“悬铃木”快100亿倍，并弥补了“悬铃木”依赖样本数量的技术漏洞。

中科大新闻稿还指出，“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比超级计算机“富岳”快100万亿倍，等效地比谷歌的超导量子比特计算机“悬铃木”快100亿倍。

实验显示，“九章”对经典数学算法高斯玻色取样的计算速度，比世界最快的超算“富岳”快100万亿倍，从而在全球第二个实现了“量子霸权”，推动全球量子计算前沿研究达到一个新高度，其超强算力在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用价值。

当求解5000万个样本的高斯玻色取样问题时，“九章”需200秒，而“富岳”需6亿年；当求解100亿个样本时，“九章”需10小时，“富岳”需1200亿年。

九章系统原理

左上方激光系统产生高峰值功率飞秒脉冲； 左方25个光源通过参量下转换过程产生50路单模压缩态输入到右方100模式光量子干涉网络; 最后利用100个高效率超导单光子探测器对干涉仪输出光量子态进行探测。

九章研发单位

“九章”由潘建伟团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作。

九章名称来源

量子计算原型机“九章”命名为“九章”是为了纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》。

九章重要意义

潘建伟表示，这一成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位。基于“九章”的“高斯玻色取样”算法，未来将在图论、机器学习、量子化学等领域具有重要的潜在应用价值。

九章所获荣誉

2021年4月，入选由技术领域全球知名大学组成的Netexplo大学网络历时一年，在全球范围内遴选出的10项极具突破性的数字创新技术。

九章专家评价

对于“九章”的突破，《科学》杂志审稿人评价称“这是一个最先进的实验和重大成就”。