“九章”里的青春之光

　　2026年5月30日，第十个全国科技工作者日，中国科学技术大学陆朝阳教授获得第四届全国创新争先奖。

　　此前，北京时间5月13日晚，国际学术期刊《自然》发表了一项来自中国的重磅成果：中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队，联合国内多家科研单位成功研制出“九章四号”光量子计算原型机，首次操纵和探测高达3050个光子的量子态，再度刷新光量子信息技术世界纪录，求解高斯玻色取样问题比目前全球最快的超级计算机快10的54次方倍。

4月10日拍摄的“九章四号”量子计算原型机局部。新华社记者 周牧 摄

　　陆朝阳教授提到，在“九章四号”这束照亮量子科技前沿的光芒背后，有一群平均年龄20多岁的科研工作者。作为“九章四号”技术研发团队成员，他们不断学习、突破、拼搏、传承，靠近光、追随光、成为光、散发光，在青春的赛道上奋力奔跑。

　　“破茧”之光：编一张时空的网

　　120多年前，当马克斯·普朗克提出“量子”概念时，恐怕再大胆的人也难以想象，这个最小的、不可再分割的能量单位将给世界带来多大的改变——激光、计算机、互联网、手机等都与此相关。

　　基于量子的叠加态与纠缠特性，量子计算机被认为将是最具威力的量子信息应用。简单说：经典计算机的比特像一枚硬币，一次只能正面或反面；量子计算机的量子比特可以同时是“0”和“1”，像一枚快速旋转的硬币，还能让多个硬币“纠缠”在一起，从而同时计算海量路径。

　　目前主流量子计算技术路线包括超导、离子阱、光量子和中性原子等。“九章”系列是光量子计算机——它用光子来编码量子比特，可以说操纵的光子数越多，性能越强。

　　从2020年“九章”光量子计算原型机探测和操纵76个光子到2023年“九章三号”255个光子，光子数不断提升，然而光量子计算要扩大规模，光子损耗就像一堵越砌越高的墙。

　　传统方案是“纯空间编码”，要增加光子，就得增加光源和一大堆光学器件。光学网络越来越大、越来越复杂，光子在里面很容易跑丢。

4月10日拍摄的“九章四号”量子计算原型机局部。新华社记者 周牧 摄

　　想办法突破这个“结界”，成了“九章四号”的使命之一。为此，团队泡在实验室里，翻遍了国内外相关文献，陆朝阳教授带着大家开了几十次头脑风暴会。2023年夏天的一个深夜，小伙伴们走出实验室，在科大校园的林荫道上散步。晚风拂过树叶，路灯的光影在地面交错，他们突然产生了一个大胆的想法：既然空间维度难扩容，为什么不把时间维度加进来？

　　这个灵光一闪的念头，最终长成了“九章四号”核心的技术突破——可编程时空混合编码架构。

　　这束“突破之光”，照亮了一条全新的技术路径。小伙伴们与山西大学和济南量子技术研究院的同事一起合作，研发了高效率的光参量振荡器光源，这是“九章四号”的高质量量子光源“燃料”。为了让这些“燃料”充分发挥算力，团队中的小伙子刘华亮又设计了一个独特的三级级联时空混合编码干涉仪，这是“九章四号”的“发动机”。他们将1024个高效率压缩态光场集成到8176个模式的线路中，系统总效率达到51%，光源效率高达92%。

　　结果验证了灵感的正确：“九章四号”最终获得了对高达3050个光子的操纵和探测能力，比之前的世界纪录提升了超过十倍。数千光子的操控规模带来算力的指数级提升，“九章四号”在执行高斯玻色取样任务中，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和最好的经典算法，需要超过10的42次方年的时间，量子优势比达到10的54次方量级。

　　砥砺之光：一场又一场的“硬仗”

　　推开“九章四号”实验室的大门，没有科幻电影里炫目的“黑科技”场景，有的只是一个复杂的堆满激光、晶体、电子器件和各种线缆的试验台，一束束在光学元器件里穿梭的微光，映照着一群20多岁年轻人最炽热的模样。

　　灵感可以来自一瞬间，但把灵感变成现实，需要的是日复一日的“死磕”。从2023年6月起，6名平均年龄只有24岁的博士生，几乎全年无休地泡在实验室里，做实验、调参数、查故障，成为这群年轻人的日常。

“九章四号”技术研发团队成员。新华社记者 周牧 摄

　　刘华亮说，为了赶实验进度，他们连续3个春节都留守在实验室。2024年除夕，整个校园空空荡荡，只有他们围在实验室一边吃着饺子，一边盯着屏幕上的实验数据。“那时候没觉得苦，因为每个人都憋着一股劲。”

　　光量子计算原型机的搭建如同拼一个精密的“乐高”，数百个镜片、分束器、探测器的位置都要精确到微米级。负责搭建干涉仪的粟昊，每天坐在光学平台前，一点点微调器件的位置，经常一坐就是一下午，站起来的时候腿都麻得走不动路。3套复杂的干涉仪，他搭了拆、拆了搭，前前后后改了10多版，才最终达到设计要求。

　　前所未有的实验规模，给标定和验证带来了巨大挑战。近千万个矩阵元素需要精确测量，负责测量的龚思秋巧妙分析实验结构，把需要计算的元素从近千万压缩到不到一千个。为了证明“九章四号”比超算快，他试遍现有的求解器，最终用一套新方法推算出：用全球最快超算模拟“九章四号”，需要10的42次方年。

　　几轮实验下来，采集到的原始数据装满了整整5个移动硬盘。所有原始数据，提前一年就在学术界公开接受广泛的基准测试。

　　论文审稿的过程，又是一场硬仗。三轮审稿，团队花了两个月时间，写了整整60多页的回复，用清晰的逻辑和无可辩驳的扎实数据结论，彻底说服了审稿专家。

陆朝阳教授（中）和学生们在中科院量子信息和量子科技创新研究院上海实验室检查光量子计算机的运行情况（资料图片）。新华社记者 金立旺 摄

　　星火之光：从仰望巨人到站上肩膀

　　“九章”系列量子计算机得名于中国古代数学专著《九章算术》。“九章”的故事，却从来都是一场青春的接力。

　　2016年，17岁的刘华亮考入中国科大。那时“墨子号”量子科学实验卫星刚刚上天，潘建伟院士给本科生开了一门量子公开课。“那是我第一次真正接触到量子物理。”刘华亮说，“感觉太酷了。”后来，他加入“九章”团队。刚进实验室时，他是个“实验小白”；“九章二号”，他做边缘工作，分析数据、调试光路；“九章三号”，他成为核心研发成员，论文共同第一作者；“九章四号”，他成长为第一作者。

　　1999年出生的龚思秋，大一的时候就主动找到陆朝阳教授，毛遂自荐想进实验室。那时候他对量子力学还一知半解，就抱着厚厚的教材和老师们的论文“啃”，跟着前辈从最基础的实验操作学起。从出现在“九章一号”的“致谢”里，到“九章二号”的合作者，再到“九章三号”“九章四号”的共同第一作者，如今的他已经能独当一面，负责“九章四号”的矩阵测量、算法优化等，还牵头拓展了量子计算在图论、机器学习、量子化学等领域的应用场景。

　　“00后”粟昊，一开始只是给师兄师姐打下手，帮忙整理数据、搬运器件。凭着一双巧手和一股肯钻研的劲，他慢慢成了团队里的“搭建能手”。“老师们从来不会因为我们年轻就不让我们挑大梁，他们总是给我们试错的空间，让我们大胆去想、大胆去做。”粟昊说，这是“九章”团队最吸引人的地方。

“九章四号”量子计算原型机示意图。（科研团队供图）

　　从2020年到2026年，6年时间，“九章”从一号走到四号，导师搭平台、指方向、定方案，把核心技术攻关任务交给年轻人，一批又一批的年轻人以最饱满的热情，接过前辈手中的接力棒，在这里成长：当年的本科生成了博士生，当年的新人成了项目牵头人，当年追着前辈脚步的科研“小白”，如今已经成了日渐成熟的青年科技工作者。

　　“靠近光、追随光、成为光、散发光，我们完整经历了这个过程。”刘华亮说。

　　120多年前量子论诞生之时，中国只能做看客。而今，凭借一代代科研工作者取得的突破，中国已成为全球“第二次量子革命”的重要推动者与引领者。

　　目前“九章”系列是强大的专用量子计算机，它只擅长解决“高斯玻色取样”这样特定的数学问题。“九章四号”在规模与低损耗的双重领先优势为构建“万亿量子模式的三维簇态（容错编码资源态）”奠定了直接的技术基础，进而为未来的“容错光量子计算硬件”及通用量子计算机提供了更多可能性。

　　实现通用量子计算机，需要操纵上百万个量子比特，同时也要具备纠错能力。这些都需要在现有量子计算原型机基础上不断迭代，慢慢实现。一代代中国科研工作者，把最好的年华，献给了这束足以照亮未来的光。

　　“与你们并肩奋斗的日子，是我宝贵的记忆。”龚思秋即将毕业，毕业论文写的是整个“九章”系列的发展，爱写诗的他，在毕业论文致谢的最后写了一首诗，其中一句：“光驰妙境开新宇，算破重霄越远极。”

　　是啊，追光的人，必将光芒万丈。（记者陈诺 何曦悦 戴威）