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（来源：电脑报少年派）
量子计算机这东西到底能干什么？什么时候能真的用得上？“九章四号”给我们的答案是：它已经可以干正事了。
01
新一代九章
不久前，潘建伟、陆朝阳团队联合济南量子技术研究院、山西大学、清华大学等单位，正式发布了 1024 个量子压缩态输入8176模式的可编程量子计算原型机“九章四号”。
这台量子计算机能有效操作与探测3050 个光子的量子态，并在高斯玻色取样（GBS）任务中建立国际最强“量子计算优越性”，计算速度比当前全球最快超级计算机 El Capitan 快 10^54倍，远超现有经典算法。
10^54倍是什么概念？如果用当前最快的超级计算机模拟一次高斯玻色取样需要10^42年，用九章四号处理同样的问题只要25.6微秒。宇宙从诞生到现在才138亿年，也就是1.38×10^10年。超算要算到宇宙毁灭，它眨个眼就完事儿。
02
看懂九章四号的三个数字
想象一座巨大的迷宫，内部岔路纵横交错。经典计算机就像一个普通人，一次只能走一条路，哪怕跑得再快，想要摸清所有路径，只能一条一条排着走完。而光量子具备量子叠加态的特性，如同拥有分身神通，可化作万千身影，一瞬间就能同时走遍迷宫里的所有岔路。而预测迷宫中每条路线被走到的概率分布，就是“高斯玻色取样问题”。九章四号的做法是：直接让分身们自己跑一遍，直接记录结果。
九章四号
原型机示意图
1024 个量子压缩态输入8176模式，其实是指1024个压缩态光源，输入至8176个模式的光学网络。
1024个压缩态光源，是这台机器的“高能燃料库”。4组×256个经过特殊制备的光子，天生就带着量子纠缠的潜力，是构建复杂量子干涉、实现超强算力的基础。
输入至8176个模式的光学网络，就是这座迷宫里有8176条岔路。它是通过时空编码扩展得到的（255+256个“空间”×16个“时间”）。岔路越多，能同时探索的路径组合就越多，算力就越强。
光量子计算的国际竞争态势
能稳定操作3050个光子量子态，就是3050个会分身的“量子选手”同时在迷宫里跑。上一代九章三号只有255个选手，这次直接提升到3050个，提升了约12倍。但量子计算的复杂度随光子数呈指数增长，所以算力增益远不是12倍，而是在这个特定任务上直接拉开了和超算10^54倍的差距。
九章四号的希尔伯特空间维度达到了10^2461。希尔伯特空间是量子系统所有可能量子态构成的抽象向量空间，也可以理解为这个迷宫所有可能的 “选手分布组合总数”。维度越大，能装的量子态越多，算力上限越高，这么大的维度经典计算机连存储都做不到，更别说计算了。
不同电路深度和输入尺度
03
破解光量子计算的“死穴”
光量子计算也有天生的软肋：光子损耗。迷宫越复杂，光子越容易在半路跑丢，大幅削弱计算能力。这是光量子路线走向更大规模的最大拦路虎。九章四号用时空混合编码架构破解了这个死穴。
过去认为扩大光量子计算的规模只能靠堆硬件，加更多分束器、更多光纤，但这样造成的误差也将急剧上升。九章四号的思路是：让光子在时间与空间两个维度上同时发生干涉。空间维度上，用级联干涉仪构建光路；时间维度上，用光纤延迟环让同一束光在不同时刻重新进入干涉网络。两个维度叠加，网络的连通性呈立方级扩展，但硬件成本只是线性增长。
有了这个绝招，其光源效率92%、系统总效率51%、探测器效率93%。这样不但降低了损耗还能提升光量子的利用效率。
另一个关键突破是可编程。早期九章本质上是“一次性原型机”——光路固定，只能针对一道题。九章四号的光路可以调整，能针对不同问题重新配置。虽然还算不上通用量子计算机，但已经从“专用机”向通用工具箱迈出了关键一步。
光子电路架构
九章进化之路
代数
年份
光子数
里程碑
九章
2020
76
证明光量子体系能实现量子优越性
九章二号
2021
113
能相位编程
九章三号
2023
255
能解决图论、分子对接等特定实际问题
九章四号
2026
3050
具有规模化、实用化、产业化的可能
每一代解决的问题不同：九章回答能不能，九章二号回答能不能编程，九章三号回答能不能解决真问题，九章四号回答能不能规模化，能不能实用。
04
三大应用场景
九章四号仍是专用的光量子计算机，它专攻高斯玻色取样（GBS）问题。虽然这个问题是专为光量子计算机证明量子优越性的，仍能应用在大量现实场景——只要问题涉及复杂概率分布、多路径干涉、海量组合优化，九章就能快速计算结果。
AI与图像识别：高斯玻色取样天然适配高维数据特征提取、稠密子图挖掘（图论中典型的组合难题，寻找内部边数远超随机期望的子图。即在大图中找出一小撮内部连接极多、外部连接极少的顶点子集）、复杂网络分析——这些正是AI图像识别、社交网络分析、金融风控里最耗算力的环节。九章能更快找出图像里的隐藏模式、识别复杂纹理，这可以用在医疗影像、自动驾驶、工业质检等场景。
新药与新材料研发：分子模拟、材料能带计算、催化剂设计，本质都是多粒子量子干涉问题。九章四号能直接模拟上千个光子的量子态，也就能模拟复杂电子云的变化，这将大幅缩减新材料的研发成本。
网络安全：九章不能直接破解密码，但它能对抗量子计算机的密码破解。用它生成的量子纠错码，可以作为构建容错量子计算机、抗量子攻击密码体系的核心基石。
九章四号的意义早已超越刷新算力纪录，如今它不再是实验室展品。未来数年，新药研发、材料革新、智能算法与信息安全领域，都将迎来国产量子计算机的助力。
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