九章

九章實現了具有實用前景的“高斯玻色取樣”任務的快速求解。當前，研製量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰之一，成為歐美各發達國家角逐的焦點。

根據目前最優的經典演演算法，“九章”對於處理高斯玻色取樣的速度比目前世界排名第一的超級計算機“富岳”快一百萬億倍，等效地比谷歌去年發布的53比特量子計算原型機“懸鈴木”快一百億倍。同時，通過高斯玻色取樣證明的量子計算優越性不依賴於樣本數量，克服了谷歌53比特隨機線路取樣實驗中量子優越性依賴於樣本數量的漏洞。“九章”輸出量子態空間規模達到了1030（“懸鈴木”輸出量子態空間規模是1016，目前全世界的存儲容量是1022）。

2017年，潘建偉團隊構建了世界首台超越早期經典計算機（ENIAC）的光量子計算原型機。

2019年，該團隊實現了20光子輸入60模式干涉線路的玻色取樣，輸出複雜度相當於48個量子比特的希爾伯特態空間，逼近了量子計算優越性 。

此後，研究團隊通過自主研製同時具備高效率、高全同性、極高亮度和大規模擴展能力的量子光源，同時滿足相位穩定、全連通隨機矩陣、波包重合度優於99.5%、通過率優於98%的100模式干涉線路，相對光程10的負9次方以內的鎖相精度，高效率100通道超導納米線單光子探測器。

2020年12月4日，中國科學技術大學宣布該校潘建偉等人成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”。同天，國際學術期刊《科學》發表了該成果，審稿人評價這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。

九章開發團隊聲稱當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時，“九章”需200秒，而截至2020年世界最快的超級計算機“富岳”需6億年；當求解100億個樣本時，九章需10小時，而富岳需1200億年等效來看，“九章”的計算速度比“懸鈴木”快100億倍，並彌補了“懸鈴木”依賴樣本數量的技術漏洞。

中科大新聞稿還指出，根據目前最優的經典演演算法，“九章”對於處理高斯玻色取樣的速度比超級計算機“富岳”快100萬億倍，等效地比谷歌的超導量子比特計算機“懸鈴木”快100億倍。

實驗顯示，“九章”對經典數學演演算法高斯玻色取樣的計算速度，比世界最快的超算“富岳”快100萬億倍，從而在全球第二個實現了“量子霸權”，推動全球量子計算前沿研究達到一個新高度，其超強算力在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用價值。

當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣問題時，“九章”需200秒，而“富岳”需6億年；當求解100億個樣本時，“九章”需10小時，“富岳”需1200億年。

左上方激光系統產生高峰值功率飛秒脈衝；左方25個光源通過參量下轉換過程產生50路單模壓縮態輸入到右方100模式光量子干涉網路;最後利用100個高效率超導單光子探測器對干涉儀輸出光量子態進行探測。

“九章”由潘建偉團隊與中科院上海微系統所、國家并行計算機工程技術研究中心進行的合作。

量子計算機“九章”命名為“九章”是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》這本著作。

潘建偉表示，這一成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位。基於“九章”的“高斯玻色取樣”演演算法，未來將在圖論、機器學習、量子化學等領域具有非常重要的潛在應用價值。

2021年4月，入選由技術領域全球知名大學組成的Netexplo大學網路歷時一年，在全球範圍內遴選出的10項極具突破性的數字創新技術。

對於“九章”的突破，《科學》雜誌審稿人評價稱“這是一個最先進的實驗和重大成就”。