新華社北京電 6月1日，《新華每日電訊》發(fā)表題為《“九章”里的青春之光》的報(bào)道。
2026年5月30日，第十個(gè)全國(guó)科技工作者日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陸朝陽(yáng)教授獲得第四屆全國(guó)創(chuàng)新?tīng)?zhēng)先獎(jiǎng)。
此前，北京時(shí)間5月13日晚，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了一項(xiàng)來(lái)自中國(guó)的重磅成果：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等組成的研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家科研單位成功研制出“九章四號(hào)”光量子計(jì)算原型機(jī)，首次操縱和探測(cè)高達(dá)3050個(gè)光子的量子態(tài)，再度刷新光量子信息技術(shù)世界紀(jì)錄，求解高斯玻色取樣問(wèn)題比目前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快10的54次方倍。
陸朝陽(yáng)教授提到，在“九章四號(hào)”這束照亮量子科技前沿的光芒背后，有一群平均年齡20多歲的科研工作者。作為“九章四號(hào)”技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員，他們不斷學(xué)習(xí)、突破、拼搏、傳承，靠近光、追隨光、成為光、散發(fā)光，在青春的賽道上奮力奔跑。
“破繭”之光：編一張時(shí)空的網(wǎng)
120多年前，當(dāng)馬克斯·普朗克提出“量子”概念時(shí)，恐怕再大膽的人也難以想象，這個(gè)最小的、不可再分割的能量單位將給世界帶來(lái)多大的改變——激光、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)等都與此相關(guān)。
基于量子的疊加態(tài)與糾纏特性，量子計(jì)算機(jī)被認(rèn)為將是最具威力的量子信息應(yīng)用。簡(jiǎn)單說(shuō)：經(jīng)典計(jì)算機(jī)的比特像一枚硬幣，一次只能正面或反面；量子計(jì)算機(jī)的量子比特可以同時(shí)是“0”和“1”，像一枚快速旋轉(zhuǎn)的硬幣，還能讓多個(gè)硬幣“糾纏”在一起，從而同時(shí)計(jì)算海量路徑。
目前主流量子計(jì)算技術(shù)路線包括超導(dǎo)、離子阱、光量子和中性原子等。“九章”系列是光量子計(jì)算機(jī)——它用光子來(lái)編碼量子比特，可以說(shuō)操縱的光子數(shù)越多，性能越強(qiáng)。
從2020年“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)探測(cè)和操縱76個(gè)光子到2023年“九章三號(hào)”255個(gè)光子，光子數(shù)不斷提升，然而光量子計(jì)算要擴(kuò)大規(guī)模，光子損耗就像一堵越砌越高的墻。
傳統(tǒng)方案是“純空間編碼”，要增加光子，就得增加光源和一大堆光學(xué)器件。光學(xué)網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越大、越來(lái)越復(fù)雜，光子在里面很容易跑丟。
想辦法突破這個(gè)“結(jié)界”，成了“九章四號(hào)”的使命之一。為此，團(tuán)隊(duì)泡在實(shí)驗(yàn)室里，翻遍了國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，陸朝陽(yáng)教授帶著大家開(kāi)了幾十次頭腦風(fēng)暴會(huì)。2023年夏天的一個(gè)深夜，小伙伴們走出實(shí)驗(yàn)室，在科大校園的林蔭道上散步。晚風(fēng)拂過(guò)樹(shù)葉，路燈的光影在地面交錯(cuò)，他們突然產(chǎn)生了一個(gè)大膽的想法：既然空間維度難擴(kuò)容，為什么不把時(shí)間維度加進(jìn)來(lái)？
這個(gè)靈光一閃的念頭，最終長(zhǎng)成了“九章四號(hào)”核心的技術(shù)突破——可編程時(shí)空混合編碼架構(gòu)。
這束“突破之光”，照亮了一條全新的技術(shù)路徑。小伙伴們與山西大學(xué)和濟(jì)南量子技術(shù)研究院的同事一起合作，研發(fā)了高效率的光參量振蕩器光源，這是“九章四號(hào)”的高質(zhì)量量子光源“燃料”。為了讓這些“燃料”充分發(fā)揮算力，團(tuán)隊(duì)中的小伙子劉華亮又設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)特的三級(jí)級(jí)聯(lián)時(shí)空混合編碼干涉儀，這是“九章四號(hào)”的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。他們將1024個(gè)高效率壓縮態(tài)光場(chǎng)集成到8176個(gè)模式的線路中，系統(tǒng)總效率達(dá)到51%，光源效率高達(dá)92%。
結(jié)果驗(yàn)證了靈感的正確：“九章四號(hào)”最終獲得了對(duì)高達(dá)3050個(gè)光子的操縱和探測(cè)能力，比之前的世界紀(jì)錄提升了超過(guò)十倍。數(shù)千光子的操控規(guī)模帶來(lái)算力的指數(shù)級(jí)提升，“九章四號(hào)”在執(zhí)行高斯玻色取樣任務(wù)中，生成一個(gè)樣本僅需25微秒，而使用目前世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)和最好的經(jīng)典算法，需要超過(guò)10的42次方年的時(shí)間，量子優(yōu)勢(shì)比達(dá)到10的54次方量級(jí)。
砥礪之光：一場(chǎng)又一場(chǎng)的“硬仗”
推開(kāi)“九章四號(hào)”實(shí)驗(yàn)室的大門(mén)，沒(méi)有科幻電影里炫目的“黑科技”場(chǎng)景，有的只是一個(gè)復(fù)雜的堆滿(mǎn)激光、晶體、電子器件和各種線纜的試驗(yàn)臺(tái)，一束束在光學(xué)元器件里穿梭的微光，映照著一群20多歲年輕人最熾熱的模樣。
靈感可以來(lái)自一瞬間，但把靈感變成現(xiàn)實(shí)，需要的是日復(fù)一日的“死磕”。從2023年6月起，6名平均年齡只有24歲的博士生，幾乎全年無(wú)休地泡在實(shí)驗(yàn)室里，做實(shí)驗(yàn)、調(diào)參數(shù)、查故障，成為這群年輕人的日常。
劉華亮說(shuō)，為了趕實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，他們連續(xù)3個(gè)春節(jié)都留守在實(shí)驗(yàn)室。2024年除夕，整個(gè)校園空空蕩蕩，只有他們圍在實(shí)驗(yàn)室一邊吃著餃子，一邊盯著屏幕上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?！澳菚r(shí)候沒(méi)覺(jué)得苦，因?yàn)槊總€(gè)人都憋著一股勁?！?/p>
光量子計(jì)算原型機(jī)的搭建如同拼一個(gè)精密的“樂(lè)高”，數(shù)百個(gè)鏡片、分束器、探測(cè)器的位置都要精確到微米級(jí)。負(fù)責(zé)搭建干涉儀的粟昊，每天坐在光學(xué)平臺(tái)前，一點(diǎn)點(diǎn)微調(diào)器件的位置，經(jīng)常一坐就是一下午，站起來(lái)的時(shí)候腿都麻得走不動(dòng)路。3套復(fù)雜的干涉儀，他搭了拆、拆了搭，前前后后改了10多版，才最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
前所未有的實(shí)驗(yàn)規(guī)模，給標(biāo)定和驗(yàn)證帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。近千萬(wàn)個(gè)矩陣元素需要精確測(cè)量，負(fù)責(zé)測(cè)量的龔思秋巧妙分析實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，把需要計(jì)算的元素從近千萬(wàn)壓縮到不到一千個(gè)。為了證明“九章四號(hào)”比超算快，他試遍現(xiàn)有的求解器，最終用一套新方法推算出：用全球最快超算模擬“九章四號(hào)”，需要10的42次方年。
幾輪實(shí)驗(yàn)下來(lái)，采集到的原始數(shù)據(jù)裝滿(mǎn)了整整5個(gè)移動(dòng)硬盤(pán)。所有原始數(shù)據(jù)，提前一年就在學(xué)術(shù)界公開(kāi)接受廣泛的基準(zhǔn)測(cè)試。
論文審稿的過(guò)程，又是一場(chǎng)硬仗。三輪審稿，團(tuán)隊(duì)花了兩個(gè)月時(shí)間，寫(xiě)了整整60多頁(yè)的回復(fù)，用清晰的邏輯和無(wú)可辯駁的扎實(shí)數(shù)據(jù)結(jié)論，徹底說(shuō)服了審稿專(zhuān)家。
陸朝陽(yáng)教授（中）和學(xué)生們?cè)谥锌圃毫孔有畔⒑土孔涌萍紕?chuàng)新研究院上海實(shí)驗(yàn)室檢查光量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行情況（資料圖片）。新華社記者 金立旺 攝
星火之光：從仰望巨人到站上肩膀
“九章”系列量子計(jì)算機(jī)得名于中國(guó)古代數(shù)學(xué)專(zhuān)著《九章算術(shù)》?！熬耪隆钡墓适?，卻從來(lái)都是一場(chǎng)青春的接力。
2016年，17歲的劉華亮考入中國(guó)科大。那時(shí)“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星剛剛上天，潘建偉院士給本科生開(kāi)了一門(mén)量子公開(kāi)課?！澳鞘俏业谝淮握嬲佑|到量子物理。”劉華亮說(shuō)，“感覺(jué)太酷了?！焙髞?lái)，他加入“九章”團(tuán)隊(duì)。剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，他是個(gè)“實(shí)驗(yàn)小白”；“九章二號(hào)”，他做邊緣工作，分析數(shù)據(jù)、調(diào)試光路；“九章三號(hào)”，他成為核心研發(fā)成員，論文共同第一作者；“九章四號(hào)”，他成長(zhǎng)為第一作者。
1999年出生的龔思秋，大一的時(shí)候就主動(dòng)找到陸朝陽(yáng)教授，毛遂自薦想進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。那時(shí)候他對(duì)量子力學(xué)還一知半解，就抱著厚厚的教材和老師們的論文“啃”，跟著前輩從最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)操作學(xué)起。從出現(xiàn)在“九章一號(hào)”的“致謝”里，到“九章二號(hào)”的合作者，再到“九章三號(hào)”“九章四號(hào)”的共同第一作者，如今的他已經(jīng)能獨(dú)當(dāng)一面，負(fù)責(zé)“九章四號(hào)”的矩陣測(cè)量、算法優(yōu)化等，還牽頭拓展了量子計(jì)算在圖論、機(jī)器學(xué)習(xí)、量子化學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景。
“00后”粟昊，一開(kāi)始只是給師兄師姐打下手，幫忙整理數(shù)據(jù)、搬運(yùn)器件。憑著一雙巧手和一股肯鉆研的勁，他慢慢成了團(tuán)隊(duì)里的“搭建能手”?！袄蠋焸儚膩?lái)不會(huì)因?yàn)槲覀兡贻p就不讓我們挑大梁，他們總是給我們?cè)囧e(cuò)的空間，讓我們大膽去想、大膽去做?！彼陉徽f(shuō)，這是“九章”團(tuán)隊(duì)最吸引人的地方。
從2020年到2026年，6年時(shí)間，“九章”從一號(hào)走到四號(hào)，導(dǎo)師搭平臺(tái)、指方向、定方案，把核心技術(shù)攻關(guān)任務(wù)交給年輕人，一批又一批的年輕人以最飽滿(mǎn)的熱情，接過(guò)前輩手中的接力棒，在這里成長(zhǎng)：當(dāng)年的本科生成了博士生，當(dāng)年的新人成了項(xiàng)目牽頭人，當(dāng)年追著前輩腳步的科研“小白”，如今已經(jīng)成了日漸成熟的青年科技工作者。
“靠近光、追隨光、成為光、散發(fā)光，我們完整經(jīng)歷了這個(gè)過(guò)程。”劉華亮說(shuō)。
120多年前量子論誕生之時(shí)，中國(guó)只能做看客。而今，憑借一代代科研工作者取得的突破，中國(guó)已成為全球“第二次量子革命”的重要推動(dòng)者與引領(lǐng)者。
目前“九章”系列是強(qiáng)大的專(zhuān)用量子計(jì)算機(jī)，它只擅長(zhǎng)解決“高斯玻色取樣”這樣特定的數(shù)學(xué)問(wèn)題?！熬耪滤奶?hào)”在規(guī)模與低損耗的雙重領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)為構(gòu)建“萬(wàn)億量子模式的三維簇態(tài)（容錯(cuò)編碼資源態(tài)）”奠定了直接的技術(shù)基礎(chǔ)，進(jìn)而為未來(lái)的“容錯(cuò)光量子計(jì)算硬件”及通用量子計(jì)算機(jī)提供了更多可能性。
實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)，需要操縱上百萬(wàn)個(gè)量子比特，同時(shí)也要具備糾錯(cuò)能力。這些都需要在現(xiàn)有量子計(jì)算原型機(jī)基礎(chǔ)上不斷迭代，慢慢實(shí)現(xiàn)。一代代中國(guó)科研工作者，把最好的年華，獻(xiàn)給了這束足以照亮未來(lái)的光。
“與你們并肩奮斗的日子，是我寶貴的記憶?！饼徦记锛磳厴I(yè)，畢業(yè)論文寫(xiě)的是整個(gè)“九章”系列的發(fā)展，愛(ài)寫(xiě)詩(shī)的他，在畢業(yè)論文致謝的最后寫(xiě)了一首詩(shī)，其中一句：“光馳妙境開(kāi)新宇，算破重霄越遠(yuǎn)極?！?/p>
是啊，追光的人，必將光芒萬(wàn)丈。
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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