中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳团队近日在量子计算领域取得重大突破，其研发的“九章四号”光量子计算原型机成功完成3050光子量级的高斯玻色采样任务。这一成果标志着我国在大规模低损耗光量子干涉网络领域达到世界领先水平，为光量子计算的规模化发展开辟了新路径。
当前全球量子计算领域主要沿超导、离子阱、中性原子和光量子四条技术路线发展。其中，光量子路线因可在室温环境下运行而备受关注。与需要接近绝对零度环境的超导路线相比，光量子系统无需庞大制冷设备，在部署和工程化方面具有显著优势。光子具有低退相干特性，是天然的“飞行量子比特”，特别适合量子通信和长距离信息分发。更重要的是，光子作为现代通信的核心载体，与量子中继、分布式量子节点高度兼容，是构建量子互联网的理想选择。
然而，光量子计算长期面临光子损耗这一核心难题。光子在传播、耦合、分束和探测过程中极易被吸收或散射，系统规模越大，损耗问题越严重。有效多光子干涉事件会随系统规模呈指数级下降，这成为制约光量子计算向大规模发展的主要瓶颈。东南大学薛鹏教授指出，光子之间缺乏强相互作用，难以实现确定性双量子比特逻辑门，而光子损耗问题尤为突出。
针对这一挑战，中科大科研团队提出了“源头优化+架构创新”的解决方案。首先，团队自主研发的高效率光参量振荡器（OPO）将单光源效率提升至约92%，系统总效率达到约51%，从光子产生的源头减少了损耗。其次，团队采用时空混合编码技术，通过同时利用空间和时间两个自由度来降低累积损耗。安徽大学王坤坤教授解释说，这种技术如同在同一套硬件上实现“时间复用”，配合光纤延迟环实现“时间缓存”，无需大量增加器件即可构建更高维度、更大规模的量子网络。
这两大技术的协同作用使“九章四号”成功实现了1024个输入压缩态、8176个输出模式的大规模干涉，将光子事件规模推至3050光子量级。更关键的是，该原型机实现了连接度的立方级扩展，这是光量子计算架构上的颠覆性创新。薛鹏教授比喻说，如果将光子模式比作教室里的学生，连接度就是学生之间交流协同的能力。传统方案中，增加学生只能带来线性增长的能力提升，且会因干扰导致效率下降；而“九章四号”通过时空混合编码，让同一批“学生”在不同时间段反复开展多人联动交流，实现了联动配合复杂度与连接能力的爆发式增长。
这一突破不仅为光量子计算的后续发展奠定了关键技术基础，更为研发测量驱动型光量子计算机和制备大规模三维簇态量子系统扫清了障碍。从“九章一号”到“九章四号”，中国光量子计算实现了从验证量子优越性到攻克损耗瓶颈，再到架构级创新的跨越。东南大学肖磊教授表示，未来量子计算将呈现异构生态，光量子路线在量子互联网、分布式计算及专用采样任务中具有不可替代性。我国已成为全球唯一在光量子和超导两条主路线均实现量子优越性，并同步向容错与规模化阶段迈进的国家。
随着“九章四号”的诞生，光量子计算正从实验室走向实际应用。这项技术有望在药物研发、材料设计、复杂优化和量子通信组网等领域发挥重要作用，推动量子科技从理论构想转化为现实生产力，为科技创新和产业发展注入新动能。
