上海微系统所、国家并行核算机工程技能讨论研讨中心协作，成功构建了255个光子的量子核算原型机“九章三号”，再度改写了光量子信息的技能水平缓量子核算优越性的世界纪录。科研人员规划了时空解复用的光子勘探新方法，构建了高保真度的准光子数可分辩勘探器，提高了光子操作水平缓量子核算杂乱度。依据揭露正式宣布的最优经典准确采样算法，“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提高一百万倍。“九章三号”在百万分之一秒时刻内所处理的最高杂乱度的样本，需求当时最强的超级核算机“前沿”（Frontier）花费超越二百亿年的时刻。这一效果进一步稳固了我国在光量子核算范畴的世界领先地位。

  量子核算是后摩尔年代的一种新的核算范式，它在原理上具有超快的并行核算才能，可望经过特定量子算法在一些具有严重社会和经济价值的问题方面比较经典核算机完成指数等级的加快。因此，研发量子核算机是当时世界科学技能前沿的最大应战之一。

  为此，世界学术界拟定了三步走的开展道路。其间，第一步是完成“量子核算优越性”，即经过对近百个量子比特的高精度量子调控，对特定问题的求解展示超级核算机不可以比较的算力，这标志着40年前 Feynman等人的愿望成为实际。“量子核算优越性”试验还可用于查验核算科学的“扩展的丘奇—图灵论题”。一起，在此过程中，开展出可扩展的量子调控技能，为具有容错才能的通用量子核算机的研发供给技能根底。

  2019年，美国谷歌和加州大学发布了53比特“悬铃木”超导量子核算处理器，声称用200秒求解的随机线路采样问题是需求超级核算机一万年时刻求解。但是，这一声称随后受到了我国科学家的应战，改善后的经典算法使得超算上的核算时刻从一万年缩短到数十秒，快于“悬铃木”量子处理器。

  2020年，我国科大团队成功构建76光子的“九章”光量子核算原型机[Science 370, 1460 (2020)]，初次在世界上完成光学系统的“量子核算优越性”，并克服了谷歌试验中量子优越性依赖于样本数量的缝隙。2021年，我国科大团队进一步成功研发了113光子的可相位编程的“九章二号”[PRL 127, 180502 (2021)]和56比特的“祖冲之二号”量子核算原型机[PRL 127, 180501 (2021)]，使我国成为唯一在光学和超导两种技能道路都达到了“量子核算优越性”的国家。

  在这个“量子核算优越性”战略高地，世界竞赛呈现出白热化。坐落加拿大多伦多的Xanadu公司与美国国家标准与技能研讨院协作，选用与“九章”光量子核算原型机相同的高斯玻色取样道路光子的“北极光”量子处理器，在世界上第二个完成了光学系统“量子核算优越性”。

  我国科大团队在理论上初次开展了包括光子全同性的新理论模型，完成了更准确的理论与试验的符合；一起，开展了齐备的贝叶斯验证和相关函数验证，全面排除了一切已知的经典仿冒算法，为量子核算优越性供给了进一步数据支撑。在技能上，研发了根据光纤时刻延迟环的超导纳米线勘探器，把多光子态分束到不同空间形式并经过延时把空间转化为时刻，完成了准光子数可分辩的勘探系统。这一系列立异使得研讨团队初次完成了对255个光子的操作才能，极大地提高了光量子核算的杂乱度，处理高斯玻色取样的速度比“九章二号”提高了一百万倍。在剧烈的世界竞赛比赛中，“九章三号”的完成进一步稳固了我国在光量子核算范畴的世界领先地位。

  进一步，在构建“九章”系列光量子核算原型机的根底上，我国科大研讨团队提醒了高斯玻色取样和图论之间的数学联络，完成对稠密子图和Max-Haf两类具有实用价值的图论问题的求解，比较经典核算机准确模仿的速度快1.8亿倍[PRL 130, 190601 (2023)]。此外，又在世界上初次演示了无条件的多光子量子精细丈量优势[PRL 130, 070801(2023)]。

  量子核算优越性的研讨是一个杂乱而赋有应战性的作业，量子核算硬件与经典算法之间有着长时间竞赛。研讨人员等待这项作业一方面可以激起更多关于经典算法模仿的研讨作业，另一方面有助于逐渐处理量子核算研讨中的各种科学和工程应战。

  （合肥微标准物质科学国家研讨中心、物理学院、我国科学院量子信息与量子科学技能立异研讨院、科研部）