中國(guó)九章四號(hào)問世！25微秒就能完成運(yùn)算，碾壓全球超算上億億倍

前言

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士與陸朝陽教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)近日正式對(duì)外發(fā)布：九章四號(hào)量子計(jì)算原型機(jī)成功研制并完成全部驗(yàn)證，這一重磅消息迅速刷屏國(guó)內(nèi)外主流科技媒體平臺(tái)。

對(duì)多數(shù)人而言，“量子計(jì)算機(jī)”仍是一個(gè)抽象概念，其真實(shí)能力難以具象感知。本文將摒棄晦澀術(shù)語，以生活化類比與硬核數(shù)據(jù)為雙主線，層層展開，帶您真正看懂這臺(tái)由中國(guó)科學(xué)家自主研發(fā)、具備全球領(lǐng)先水平的量子計(jì)算系統(tǒng)，究竟強(qiáng)在何處、難在哪里、又將通向何方。

算力碾壓，比全球最強(qiáng)超算快逾億億倍

普通人常低估算力差距的量級(jí)，我們用一項(xiàng)國(guó)際公認(rèn)的基準(zhǔn)測(cè)試來說明——高斯玻色采樣任務(wù)。這是檢驗(yàn)量子優(yōu)越性的“金標(biāo)準(zhǔn)”，九章四號(hào)僅需25微秒即可完成單組樣本輸出，相當(dāng)于人類一次眨眼耗時(shí)的萬分之一。

而若交由當(dāng)前美國(guó)部署的全球運(yùn)算速度最快的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)執(zhí)行同等任務(wù)，所需時(shí)間高達(dá)10的42次方年。

這個(gè)數(shù)字意味著什么？宇宙自大爆炸以來僅演化約138億年，即便從那一刻起便啟動(dòng)計(jì)算，至今連該問題總耗時(shí)的萬億億分之一都未能觸及。

這不是常規(guī)意義上的性能超越，而是計(jì)算范式的根本躍遷，是物理維度上的絕對(duì)壓制，讓傳統(tǒng)超算體系在邏輯起點(diǎn)上即已落于下風(fēng)。

從光子駕馭到極限突破，中國(guó)團(tuán)隊(duì)攻克世界級(jí)技術(shù)壁壘

為何量子設(shè)備能實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)加速？不妨再借迷宮作喻：經(jīng)典計(jì)算機(jī)如同單人探路者，必須逐條嘗試、回溯修正；而九章四號(hào)依托光子量子態(tài)的疊加與糾纏特性，可同步遍歷所有可能路徑，在瞬間鎖定最優(yōu)解。

原理看似簡(jiǎn)潔，落地卻近乎苛刻。光子作為核心信息載體，天生具有易散射、難捕獲、弱耦合等物理短板。一束激光入射后，絕大多數(shù)光子會(huì)在傳輸中轉(zhuǎn)化為熱能損耗殆盡，真正可用于精密操控的高品質(zhì)光子，往往不足初始數(shù)量的百萬分之一。

中科大團(tuán)隊(duì)正是直面這一“不可能三角”——高保真、高規(guī)模、高穩(wěn)定性。回溯歷程：2020年九章一號(hào)首次實(shí)現(xiàn)76個(gè)光子的精確調(diào)控；2021年九章二號(hào)躍升至113個(gè)；2023年九章三號(hào)突破至255個(gè)；而今九章四號(hào)一舉跨越至3050個(gè)可編程光子通道。

須知，每增加一個(gè)可控光子，系統(tǒng)誤差容限便呈幾何式收窄，操控復(fù)雜度陡增數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。這就像讓一位雜技演員同時(shí)穩(wěn)控3050枚高速旋轉(zhuǎn)的玻璃球，任何微小擾動(dòng)都將導(dǎo)致全局失序。

這項(xiàng)里程碑成果的背后，凝結(jié)著整整十六載寒暑攻堅(jiān)。談及九章系列，繞不開80后量子物理領(lǐng)軍者陸朝陽。2011年他在英國(guó)劍橋大學(xué)獲得博士學(xué)位當(dāng)天，收到導(dǎo)師潘建偉發(fā)來的短信：“祖國(guó)正需要你。”

他未作片刻遲疑，當(dāng)晚整理行裝，主動(dòng)放棄英國(guó)提供的千萬級(jí)科研啟動(dòng)資金與終身教職邀約，毅然踏上歸國(guó)航班。彼時(shí)導(dǎo)師反復(fù)勸阻，同窗亦驚呼此舉無異于親手?jǐn)財(cái)嗤ㄏ蛑Z獎(jiǎng)的捷徑，但陸朝陽始終篤信：科學(xué)探索雖無疆界，但科學(xué)家的使命坐標(biāo)永遠(yuǎn)錨定在祖國(guó)大地。

回國(guó)時(shí)年僅28歲的他，成為中科大歷史上最年輕的正高級(jí)教授，并帶領(lǐng)一支平均年齡超過自己五歲的博士生團(tuán)隊(duì)扎進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。沒有現(xiàn)成設(shè)備，他們手繪千張結(jié)構(gòu)圖紙；缺乏穩(wěn)定光源，就自主改裝飛秒激光器；為捕捉持續(xù)時(shí)間僅為皮秒量級(jí)（10?12秒）的量子信號(hào)，整支隊(duì)伍連續(xù)90天駐守實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，睡在折疊行軍床上，吃住在光學(xué)平臺(tái)旁。

十六年如一日的潛心錘煉，終將理論構(gòu)想鍛造成現(xiàn)實(shí)裝備。九章四號(hào)不僅刷新世界紀(jì)錄，更實(shí)質(zhì)性終結(jié)了谷歌“懸鈴木”在特定任務(wù)上的量子霸權(quán)壟斷地位，為中國(guó)贏得關(guān)鍵核心技術(shù)的戰(zhàn)略主動(dòng)權(quán)。

量子計(jì)算將重塑每個(gè)人日常生活的底層邏輯

有人誤以為量子計(jì)算只是實(shí)驗(yàn)室里的尖端玩具，與大眾生活相距甚遠(yuǎn)。實(shí)則不然，它正悄然醞釀一場(chǎng)覆蓋民生各領(lǐng)域的靜默革命。

以生物醫(yī)藥為例，新藥研發(fā)長(zhǎng)期受困于“大海撈針”式分子篩選。一種創(chuàng)新靶向藥平均需耗費(fèi)十年以上周期、投入超20億美元。而借助九章四號(hào)級(jí)別的量子模擬能力，蛋白質(zhì)折疊路徑、藥物-靶點(diǎn)結(jié)合動(dòng)力學(xué)等超復(fù)雜過程，可在數(shù)日之內(nèi)完成全參數(shù)推演。

這意味著曾經(jīng)動(dòng)輒數(shù)十萬元的抗癌靶向藥，有望壓縮研發(fā)成本七成以上，最終以普惠價(jià)格進(jìn)入基層醫(yī)院和社區(qū)藥房，真正實(shí)現(xiàn)“救命藥不貴、好藥買得到”。

再看能源領(lǐng)域，高性能固態(tài)電池的研發(fā)瓶頸或?qū)⒈粡氐讚舸Ｎ磥砜赡艹霈F(xiàn)能量密度提升三倍、充電速率加快十倍的新型儲(chǔ)能材料——設(shè)想一下：手機(jī)充電5分鐘，續(xù)航達(dá)400小時(shí)；電動(dòng)汽車補(bǔ)能2分鐘，續(xù)航破1000公里。這些不再是科幻場(chǎng)景，而是正在逼近的工程現(xiàn)實(shí)。

此外，極端天氣提前兩周精準(zhǔn)預(yù)警、金融衍生品風(fēng)險(xiǎn)毫秒級(jí)動(dòng)態(tài)評(píng)估、城市交通流實(shí)時(shí)全局優(yōu)化等應(yīng)用也將迎來質(zhì)變。尤為關(guān)鍵的是，量子計(jì)算構(gòu)成國(guó)家信息安全的新基石。面對(duì)傳統(tǒng)RSA等公鑰加密體系，它能在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成原本需宇宙年齡長(zhǎng)度才能破解的密鑰推導(dǎo)，堪稱數(shù)字時(shí)代捍衛(wèi)主權(quán)的“終極盾牌”與“戰(zhàn)略利刃”。

結(jié)語

從早期遭遇嚴(yán)密技術(shù)禁運(yùn)，到如今在量子計(jì)算賽道實(shí)現(xiàn)從跟跑到并跑、再到領(lǐng)跑的歷史性跨越，中國(guó)科技創(chuàng)新的加速度背后，是一群甘坐冷板凳、敢闖無人區(qū)的實(shí)干者。

他們中有白發(fā)蒼蒼仍伏案演算的老院士，有三十出頭便挑起大梁的青年P(guān)I，更有無數(shù)未曾署名卻日夜調(diào)試光路的工程師與研究生。這份沉甸甸的成就，既是中國(guó)智慧與毅力的集中體現(xiàn)，更是人類拓展計(jì)算邊界的共同財(cái)富。致敬所有默默耕耘的中國(guó)科研人！