中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等，联合济南量子技术研究院、山西大学、清华大学、上海人工智能实验室、崂山实验室、国家并行计算机工程技术研究中心等单位，成功研制出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”，首次操纵和探测高达3050个光子的量子态。“九章四号”被应用于高效求解高斯玻色采样任务，其计算速度相比当前全球最快的超级计算机El Capitan快1054倍（即量子优势比为1054），成功建立了国际上最强的“量子计算优越性”。论文于北京时间2026年5月13日发表于国际权威学术期刊《自然》。
量子计算利用量子叠加与纠缠特性，在特定问题上实现远超经典计算机的处理能力。“量子计算优越性”指的是量子计算机在某个明确定义的数学问题上超越现有最强超级计算机。它不仅验证了量子力学的计算潜能，也为检验“扩展的丘奇—图灵论题”提供了实验平台，更为后续容错量子计算机的研制积累必要的可扩展调控技术。“量子计算优越性”是量子计算具备应用价值的前提条件，也是当前一个国家量子计算研究实力的直接体现。
在这一全球竞争中，2019年，谷歌联合加州大学推出53比特超导处理器“悬铃木”，率先宣称实现优越性。然而，中国科学技术大学和上海人工智能实验室的科学家联合团队随后通过创新经典算法，将同一任务在超算上的求解时间从一万年压缩至数十秒，同时在能耗上少15倍，全面打破了谷歌2019年的“量子霸权”宣称，重新定义了“量子计算优越性”的边界。
2020年，中国科大团队成功研制76光子的“九章”光量子计算原型机[Science 370, 1460(2020)]，在国际上首次在光学体系中实现量子计算优越性，量子优势比为105，同时克服了谷歌方案中依赖样本数量的漏洞。次年，中国科大团队将光子数提升至113，推出可相位编程的“九章二号”，量子优势比达到1010[PRL 127, 180502(2021)]；同时，中国科大团队56比特超导原型机“祖冲之二号”[PRL 127, 180501(2021)]也宣告成功，使得中国成为全球唯一在两条技术路线上均达到量子计算优越性的国家。2023年，“九章三号”再将光子数刷新至255[PRL 131, 150601(2023)]，量子优势比进一步提升到1016，持续保持领先。
国际方面，加拿大Xanadu公司联合美国国家标准与技术研究院，采用与“九章”相同的高斯玻色采样技术，于2022年发布了216光子的“北极光”处理器，成为国际上第二个实现光学体系量子计算优越性的团队。
“九章”系列专用量子计算原型机所执行的高斯玻色采样任务，不仅是展示量子计算优越性的重要模型，还可用于生成容错量子计算所需的玻色纠错码及大规模量子纠缠簇态。然而，在开发大规模量子处理器的过程中，由于编码线路日益庞大复杂，不可避免的光子损耗一直严重制约着系统的可扩展性。
针对这一问题，研究团队研发了高效率的光参量振荡器光源和时空混合编码干涉仪，将1024个高效率压缩态光场集成到一个时空混合编码的8176模式线路中，实现了92%的光源效率和51%的系统总效率。该时空混合编码架构实现了连接度的立方级扩展，使得系统能够在102461维的巨大希尔伯特空间中进行采样。这一系列创新使研究团队获得了对高达3050个光子的操纵和探测能力，比之前最好结果提升超过10倍。
团队将实验结果与当前所有最先进的经典模拟方法进行了对比基准测试，特别是针对利用光子损耗而设计的矩阵乘积态算法。结果表明，“九章四号”生成一个样本仅需 25微秒，而使用目前世界上最强大的超级计算机“El Capitan”和目前最好的经典算法，需要超过1042年的时间，量子优势比达到1054量级。“九章四号”成果代表了低损耗光量子处理器在规模和复杂度上的重大飞跃，进一步巩固了我国在光量子计算领域的世界领先地位。
该论文共同第一作者是刘华亮、粟昊、邓宇皓、龚思秋。该研究工作受到了国家重大科技专项、国家自然科学基金委、科技部、中国科学院、安徽省、山东省、上海市、山西省和新基石基金会等的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10523-6
（物理学院、合肥微尺度物质科学国家研究中心、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院、科研部）
北京时间 2026 年 5 月 13 日，国际顶尖学术期刊《自然》在线刊发重磅论文，由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳院士领衔，联合济南量子技术研究院、山西大学、清华大学、上海人工智能实验室、崂山实验室、国家并行计算机工程技术研究中心组建的国内顶尖联合科研团队，正式对外公布可编程光量子计算原型机九章四号全部实验成果，再度刷新光量子信息技术世界纪录，巩固我国在光量子计算赛道全球领跑的格局。
本次发布的九章四号，搭载全球首创可编程时空混合编码架构，集成 1024 路高效率量子压缩态光源、搭建 8176 模式一体化光学干涉线路，系统整体运行效率提升至 51%，光源效率高达 92%，从底层攻克了长期制约大规模光量子计算扩容的光子损耗行业难题。依托这套全新架构，科研团队首次实现对3050 个光子量子态的精准操控与探测，相较上一代九章三号 255 个可控光子，硬件规模实现十倍量级跨越，希尔伯特空间维度达到 10²⁴⁶¹，量子并行计算能力实现指数级爆发式增长。
在衡量量子优越性的标杆任务 —— 高斯玻色采样计算中，九章四号展现出极具颠覆性的算力差距：完成整套运算仅需25 微秒；当前全球性能最强的经典超级计算机 El Capitan，运行最优算法求解同一问题，需要耗费 10⁴² 年，这个时间远超宇宙 138 亿年的演化时长。最终九章四号确立的量子算力优势达到 10⁵⁴倍，创下人类迄今为止可实验验证的最强量子优越性纪录，形成对经典超算的降维算力优势。
放眼全球同赛道技术对比，国际上第二名加拿大 Xanadu 公司北极光处理器，仅实现 216 个光子操控，与九章四号 3050 光子的硬件规模存在断层式差距。不同于超导量子计算机需要零下 273 摄氏度左右的极低温制冷环境，九章四号整套系统可在常温室温条件下稳定运行，光子天然具备低退相干、抗环境干扰的特性，既是专用量子算力装置，也是搭建未来全球量子互联网、分布式量子算力网络的理想硬件基座。
从 2020 年九章一号 76 光子原型机首次实现量子优越性，到二号、三号持续迭代，再到本次九章四号实现数量级突破，六年四代产品迭代，标志着我国光量子计算已经从实验室原理验证，稳步迈向容错量子计算、分子材料模拟、密码推演、组合优化等实用场景。该成果不仅夯实了我国在光量子路线的绝对领先地位，也让我国成为全球唯一在光量子、超导量子两条主流技术路线同时实现量子优越性的国家，为我国下一代底层算力自主可控筑牢核心根基。
稿件权威来源标注（发布时可附在文末）
- 基础成果：Nature, 2026, Gaussian boson sampling with 1,024 squeezed states in 8,176 modes
- 官方信源：中国科学技术大学新闻网、新华社、央视新闻、中国科学院官网公开报道
- 实验数据：九章四号原型机实测参数、量子优越性算力对比数据，均为课题组公开披露原始数据
