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》的報道。
2026年5月30日，第十個全國科技工作者日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陸朝陽教授獲得第四屆全國創(chuàng)新爭先獎。
此前，北京時間5月13日晚，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了一項來自中國的重磅成果：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等組成的研究團(tuán)隊，聯(lián)合國內(nèi)多家科研單位成功研制出“九章四號”光量子計算原型機(jī)，首次操縱和探測高達(dá)3050個光子的量子態(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題比目前全球最快的超級計算機(jī)快10的54次方倍。
陸朝陽教授提到，在“九章四號”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”技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊成員，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：編一張時空的網(wǎng)
120多年前，當(dāng)馬克斯·普朗克提出“量子”概念時，恐怕再大膽的人也難以想象，這個最小的、不可再分割的能量單位將給世界帶來多大的改變——激光、計算機(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，量子計算機(jī)被認(rèn)為將是最具威力的量子信息應(yīng)用。簡單說：經(jīng)典計算機(jī)的比特像一枚硬幣，一次只能正面或反面；量子計算機(jī)的量子比特可以同時是“0”和“1”，像一枚快速旋轉(zhuǎn)的硬幣，還能讓多個硬幣“糾纏”在一起，從而同時計算海量路徑。
目前主流量子計算技術(shù)路線包括超導(dǎo)、離子阱、光量子和中性原子等。“九章”系列是光量子計算機(jī)——它用光子來編碼量子比特，可以說操縱的光子數(shù)越多，性能越強(qiáng)。
從2020年“九章”光量子計算原型機(jī)探測和操縱76個光子到2023年“九章三號”255個光子，光子數(shù)不斷提升，然而光量子計算要擴(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)越來越大、越來越復(fù)雜，光子在里面很容易跑丟。
想辦法突破這個“結(jié)界”，成了“九章四號”的使命之一。為此，團(tuán)隊泡在實驗室里，翻遍了國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，陸朝陽教授帶著大家開了幾十次頭腦風(fēng)暴會。2023年夏天的一個深夜，小伙伴們走出實驗室，在科大校園的林蔭道上散步。晚風(fēng)拂過樹葉，路燈的光影在地面交錯，他們突然產(chǎn)生了一個大膽的想法：既然空間維度難擴(kuò)容，為什么不把時間維度加進(jìn)來？
這個靈光一閃的念頭，最終長成了“九章四號”核心的技術(shù)突破——可編程時空混合編碼架構(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”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)隊中的小伙子劉華亮又設(shè)計了一個獨(dú)特的三級級聯(lián)時空混合編碼干涉儀，這是“九章四號”的“發(fā)動機(jī)”。他們將1024個高效率壓縮態(tài)光場集成到8176個模式的線路中，系統(tǒng)總效率達(dá)到51%，光源效率高達(dá)92%。
結(jié)果驗證了靈感的正確：“九章四號”最終獲得了對高達(dá)3050個光子的操縱和探測能力，比之前的世界紀(jì)錄提升了超過十倍。數(shù)千光子的操控規(guī)模帶來算力的指數(shù)級提升，“九章四號”在執(zhí)行高斯玻色取樣任務(wù)中，生成一個樣本僅需25微秒，而使用目前世界上最強(qiáng)大的超級計算機(jī)和最好的經(jīng)典算法，需要超過10的42次方年的時間，量子優(yōu)勢比達(dá)到10的54次方量級。
砥礪之光：一場又一場的“硬仗”
推開“九章四號”實驗室的大門，沒有科幻電影里炫目的“黑科技”場景，有的只是一個復(fù)雜的堆滿激光、晶體、電子器件和各種線纜的試驗臺，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。
靈感可以來自一瞬間，但把靈感變成現(xiàn)實，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，幾乎全年無休地泡在實驗室里，做實驗、調(diào)參數(shù)、查故障，成為這群年輕人的日常。
劉華亮說，為了趕實驗進(jìn)度，他們連續(xù)3個春節(jié)都留守在實驗室。2024年除夕，整個校園空空蕩蕩，只有他們圍在實驗室一邊吃著餃子，一邊盯著屏幕上的實驗數(shù)據(jù)?！澳菚r候沒覺得苦，因為每個人都憋著一股勁。”
光量子計算原型機(jī)的搭建如同拼一個精密的“樂高”，數(shù)百個鏡片、分束器、探測器的位置都要精確到微米級。負(fù)責(zé)搭建干涉儀的粟昊，每天坐在光學(xué)平臺前，一點(diǎn)點(diǎn)微調(diào)器件的位置，經(jīng)常一坐就是一下午，站起來的時候腿都麻得走不動路。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)計要求。
前所未有的實驗規(guī)模，給標(biāo)定和驗證帶來了巨大挑戰(zhàn)。近千萬個矩陣元素需要精確測量，負(fù)責(zé)測量的龔思秋巧妙分析實驗結(jié)構(gòu)，把需要計算的元素從近千萬壓縮到不到一千個。為了證明“九章四號”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”，需要10的42次方年。
幾輪實驗下來，采集到的原始數(shù)據(jù)裝滿了整整5個移動硬盤。所有原始數(shù)據(jù)，提前一年就在學(xué)術(shù)界公開接受廣泛的基準(zhǔn)測試。
論文審稿的過程，又是一場硬仗。三輪審稿，團(tuán)隊花了兩個月時間，寫了整整60多頁的回復(fù)，用清晰的邏輯和無可辯駁的扎實數(shù)據(jù)結(jié)論，徹底說服了審稿專家。
陸朝陽教授（中）和學(xué)生們在中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院上海實驗室檢查光量子計算機(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”系列量子計算機(jī)得名于中國古代數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》?！熬耪隆钡墓适?，卻從來都是一場青春的接力。
2016年，17歲的劉華亮考入中國科大。那時“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星剛剛上天，潘建偉院士給本科生開了一門量子公開課?！澳鞘俏业谝淮握嬲佑|到量子物理?！眲⑷A亮說，“感覺太酷了?！焙髞?，他加入“九章”團(tuán)隊。剛進(jìn)實驗室時，他是個“實驗小白”；“九章二號”，他做邊緣工作，分析數(shù)據(jù)、調(diào)試光路；“九章三號”，他成為核心研發(fā)成員，論文共同第一作者；“九章四號”，他成長為第一作者。
1999年出生的龔思秋，大一的時候就主動找到陸朝陽教授，毛遂自薦想進(jìn)實驗室。那時候他對量子力學(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)的實驗操作學(xué)起。從出現(xiàn)在“九章一號”的“致謝”里，到“九章二號”的合作者，再到“九章三號”“九章四號”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”的矩陣測量、算法優(yōu)化等，還牽頭拓展了量子計算在圖論、機(jī)器學(xué)習(xí)、量子化學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用場景。
“00后”粟昊，一開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)隊里的“搭建能手”。“老師們從來不會因為我們年輕就不讓我們挑大梁，他們總是給我們試錯的空間，讓我們大膽去想、大膽去做?！彼陉徽f，這是“九章”團(tuán)隊最吸引人的地方。
從2020年到2026年，6年時間，“九章”從一號走到四號，導(dǎo)師搭平臺、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的熱情，接過前輩手中的接力棒，在這里成長：當(dāng)年的本科生成了博士生，當(dāng)年的新人成了項目牽頭人，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)歷了這個過程?！眲⑷A亮說。
120多年前量子論誕生之時，中國只能做看客。而今，憑借一代代科研工作者取得的突破，中國已成為全球“第二次量子革命”的重要推動者與引領(lǐng)者。
目前“九章”系列是強(qiáng)大的專用量子計算機(jī)，它只擅長解決“高斯玻色取樣”這樣特定的數(shù)學(xué)問題?！熬耪滤奶枴痹谝?guī)模與低損耗的雙重領(lǐng)先優(yōu)勢為構(gòu)建“萬億量子模式的三維簇態(tài)（容錯編碼資源態(tài)）”奠定了直接的技術(shù)基礎(chǔ)，進(jìn)而為未來的“容錯光量子計算硬件”及通用量子計算機(jī)提供了更多可能性。
實現(xiàn)通用量子計算機(jī)，需要操縱上百萬個量子比特，同時也要具備糾錯能力。這些都需要在現(xiàn)有量子計算原型機(jī)基礎(chǔ)上不斷迭代，慢慢實現(xiàn)。一代代中國科研工作者，把最好的年華，獻(xiàn)給了這束足以照亮未來的光。
“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)論文寫的是整個“九章”系列的發(fā)展，愛寫詩的他，在畢業(yè)論文致謝的最后寫了一首詩，其中一句：“光馳妙境開新宇，算破重霄越遠(yuǎn)極?！?/p>
是啊，追光的人，必將光芒萬丈。
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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