（文/观察者网 陈思佳 编辑/萧洋）

“比超级计算机快亿亿亿倍。”

近日，我国量子计算研究获重要进展，中国科学技术大学潘建伟团队在论文中介绍，经过一系列改进，光量子计算机“九章二号”处理特定问题的速度比超级计算机要快上亿亿亿倍，超导量子计算机“祖冲之二号”在量子随机线路采样问题上的计算速度，也比目前最快的超级计算机快一千万倍。

这意味着，我国成为了世界上唯一在两种物理体系达到“量子计算优越性”里程碑的国家。

11月5日，观察者网走访了中国科学技术大学上海研究院，实地探访了“祖冲之二号”超导量子计算机，还与多名深度参与“祖冲之二号”的科研人员聊起更多研发故事。

来自合作研发单位国盾量子的专家表示，相关计算机采用了新概念、新技术、新工艺，而取得了这一耀眼成果的团队也极为年轻。量子计算机论文作者中就不乏96年、97年出生的年轻研究员，最年轻的一位出生于99年，“团队大部分年龄是95后”。

国外同行对于这一系列成果也给予高度评价。加拿大卡尔加里大学量子科学与技术研究所主任巴里·桑德斯就表示，潘建伟团队取得的成果令人印象深刻，“两台实验性量子计算机解决迄今最复杂的问题，这意味着关于量子计算机能否实现量子优越性的争论已经结束。”

不过，专家也特意向我们提及，现在的量子计算机还只能用于解决特定问题，距离通用量子计算机还有很长距离，未来，中等规模量子计算机有望在特定领域得到应用。

此外，在大规模通用容错量子计算机最终实现之后，它将可以在化学反应计算、材料设计、药物合成、密码破译、大数据分析和机器学习、军事气象等领域产生颠覆性影响。

看起来平平无奇的“桶”

在中国科学技术大学上海研究院的实验室里，观察者网在现场看到了“祖冲之二号”超导量子计算机。在这个依靠巨大的支架“悬”在半空中、外观看起来平平无奇的“桶”里，就有着我国的超导量子计算机“祖冲之二号”。

据专家介绍，“桶”是提供接近绝对零度的极低温环境的制冷设备，整体的构造是为了尽可能减少“祖冲之二号”运行中的各种干扰。

“祖冲之二号”超导量子计算机设备

就在最近，我国的量子计算机研发工作又取得重大进展。中国科学技术大学潘建伟团队近期发表的两篇论文，就介绍了本文开头提及的研究成果。

一直以来，多国科学家都在探索基于多种不同物理体系的量子计算研究，比如光学体系、超导量子比特体系、离子阱体系、超冷原子体系……其中，光学体系被业内认为具备适合量子模拟等优势。

而在这一领域，潘建伟团队一直处于国际领先水平。

2017年，潘建伟团队构建了首台超越早期经典计算机的光量子计算原型机。2020年，潘建伟团队成功构建了76光子、100模式的高斯玻色采样量子计算原型机“九章”，使我国成为第二个实现量子计算优越性的国家。

但“九章”相对而言还存在一些弱项，《科技日报》曾介绍，“九章”总系统效率偏低，其中主要损耗之一来自光源。在当前的技术条件下，制备可编程、低损耗、足够大规模的光学干涉仪也存在巨大挑战，因此优先考虑低损耗、大规模的“九章”的光学仪器不可编程，应用场景受到限制。

与一年前的“九章”相比，潘建伟、陆朝阳等人组成的研究团队此次构建的“九章二号”，进行了一系列技术创新。

“九章二号”实验照片 图自中国科学技术大学

据专家介绍，研究人员在激光“受激辐射光放大”概念的启发下，设计并实现了受激双模量子压缩光源，显著提高了量子光源的产率、品质和收集效率。其次，通过三维集成和收集光路的紧凑设计，“九章二号”的多光子量子干涉线路增加到了144维度。

经过这一系列改进，“九章二号”探测到的光子数增加到了113个，输出态空间维度达到了10的43次方。通过动态调节压缩光的相位，研究人员还进一步实现了对高斯玻色取样矩阵的重新配置，演示了“九章二号”可用于求解不同参数数学问题的编程能力。

这使得“九章二号”在特定问题上的计算能力达到了超级计算机的亿亿亿倍。根据现有理论，“九章二号”处理高斯玻色采样的速度比目前最快的超级计算机还要再快10的24次方倍。

在超导量子计算领域，我国科研人员则实现了后来居上。据专家介绍，超导量子计算核心部件量子处理器基于类似于半体芯片的工艺技术制备，在大规模扩展上具有很大优势，同时其控制采用常规的电子学技术实现，容易实现编程操作。这同样是有希望实现最终的实用化的重要量子计算路线。

《科技日报》此前介绍，作为可拓展量子计算的候选途径之一，超导量子计算的核心目标是如何同步地增加集成的量子比特数目以及提升超导量子比特性能，从而能够高精度相干操作更多量子比特。

今年5月，潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队成功研制62量子比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”，并在此基础上实现可编程的二维量子行走。

此次研究团队在“祖冲之号”的基础上，又采用全新的倒装焊3D封装工艺，解决了大规模比特集成的问题，成功研制“祖冲之二号”，实现了66个数据比特、110个耦合比特、11路读取的高密度集成，最大态空间维度达到了10的19次方。

“祖冲之二号”还采用了可调耦合架构，实现了比特间耦合强度的快速、精确可调，显著提高了并行量子门操作的保真度。

“祖冲之二号”芯片示意图 图自中国科学技术大学

经过这一系列改进，“祖冲之二号”通过操控其上的56个量子比特，在随机线路采样任务上实现了量子计算优越性。这使得我国首次在超导量子计算领域达到量子计算优越性的里程碑，我国也成为目前世界上唯一在两种物理体系达到量子计算优越性的国家。

不仅如此，研究团队随后又对“祖冲之二号”进行了性能升级，通过操控其上的60个量子比特，完成的任务又提高了3个数量级，任务难度比2019年谷歌“悬铃木”高出百万倍。

这意味着根据目前已公开的最优经典算法，“祖冲之二号”在量子随机线路采样问题上的处理速度，比当前最快的超级计算机快一千万倍。