“九章”是中国科学技术大学潘建伟院士领衔的陆朝阳教授课题组与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作自主研发的光量子计算原型机。
发展历程
2017年，中国科学技术大学潘建伟院士领衔的陆朝阳教授课题组利用自主研发的高性能半导体量子点单光子源构建了世界首台在玻色采样问题上超越早期经典计算机（ENIAC）的光量子计算原型机。
2019年，中国科学技术大学潘建伟院士领衔的陆朝阳教授课题组实现了20光子输入、60模式干涉的玻色采样问题求解，输出复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间，逼近了量子计算优越性。
2020年12月4日，国际学术期刊《
科学》发表了中国科学技术大学潘建伟院士领衔的陆朝阳教授课题组通过量子计算原型机“九章” 实现量子计算优越性的工作，其输出量子态空间规模达到了10^30。同天，审稿人评价这是“这是一个最先进的实验和重大成就”。在这一研究中，该团队自主研制了同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源，同时满足相位稳定、全连通随机矩阵、波包重合度优于99.5%、通过率优于98%的100模式干涉线路，相对光程差小于10^-9以内的主动光学相位锁定技术，以及高效率100通道超导纳米线单光子探测器[15]。
2021年10月，该团队发展了量子光源受激放大的理论和实验方法，构建了113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，并实现了相位可编程功能，完成了对用于演示“量子计算优越性”的高斯玻色取样任务的快速求解。这一成果再次刷新了国际上光量子操纵的技术水平，进一步提供了量子计算加速的实验证据。相关论文于2021年10月26日以“编辑推荐”的形式发表在国际知名学术期刊《
物理评论快报》上。
2023年6月，该团队基于“九章”光量子计算原型机首次演示了对“稠密子图”和“Max-Haf”两类图论应用问题的求解。
2023年9月，“九章”量子计算原型机相关科学元器件实物和原始资料入藏中国国家博物馆。
2023年10月，该团队成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。科研人员设计了时空解复用的光子探测新方法，构建了高保真度的准光子数可分辨探测器，提升了光子操纵水平和量子计算复杂度。根据公开正式发表的最优经典精确采样算法，“
九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“
九章二号”提升一百万倍。“九章三号”在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度的样本，需要当前最强的超级计算机“前沿”（Frontier）花费超过二百亿年的时间。这一成果进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。
运算性能
据《科学》期刊发表的学术论文，当求解5000万个样本的高斯玻色取样时，“九章”需200秒，而根据截至2020年时的最优经典模拟算法，世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年；当求解100亿个样本时，“九章”需10小时，而“富岳”需1200亿年。等效来看，“九章”的计算速度比“悬铃木”快100亿倍，并弥补了“悬铃木”依赖样本数量的技术漏洞。其算力在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用价值。
系统原理
左上方激光系统产生高峰值功率的飞秒脉冲，左方25个量子光源通过参量下转换过程产生50路单模压缩态，输入到右方100模式光量子干涉网络，最后利用100个高效率超导纳米线单光子探测器对干涉仪输出的光量子态进行探测。
研发单位
“九章”由中国科学技术大学潘建伟院士领衔的陆朝阳教授课题组与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作研发。九章的四个并列第一作者是陆朝阳的博士学生钟翰森、王辉、邓宇皓和陈明城，都是“90后”。研发人员规模只有谷歌团队的5%。
研发经费
量子计算原型机“九章”的研发经费约为3000万人民币。相比之下，谷歌研发“悬铃木”经费体量是10亿美元。
名称来源
量子计算原型机“九章”命名为“九章”是为了纪念中国古代最早的数学专著《
九章算术》。
重要意义
这一成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位。基于“九章”的“高斯玻色取样”算法，未来将在图论、机器学习、量子化学等领域具有重要的潜在应用价值。
学术影响力
《科学》期刊的“九章”学术论文发表后谷歌学术年平均被引数大于700次，为国际量子信息领域引用率最高的少数几篇论文之一。
所获荣誉
2021年4月，入选联合国教科文组织Netexplo论坛在全球范围内遴选出的10项极具突破性的数字创新技术。入选两院院士评选的“2020中国十大科技进展”。共青团中央、全国青联授予九章光量子计算原型机研制团队“中国青年五四奖章集体”表彰。
2020年，“光学量子计算”入选中科院“率先行动”计划第一阶段重大科技成果
2020年，“九章”入选《科技日报》中国年度十大科技新闻
2020年，“九章”入选新华社评选的中国年度十大国内新闻
2020年，“九章”入选两院院士评选的中国科技十大进展新闻
2020年，陆朝阳教授获得美国光学学会Adolph Lomb奖章（每年世界范围一人，中国科学家在该奖项设立80后首次入选）
2021年，“九章”入选联合国教科文组织Netexplo全球十大数字创新
2021年，“九章”获腾讯青少年科学小会和Science评选的年度科学突破榜首
2021年，陆朝阳教授关于九章的大会报告入选CLEO会议高登讲席James P. Gordon Memorial Speakership（每年世界范围一人，中国科学家首次入选）
2021年，“九章”入选美国光学学会“Optics in 2021”
2021年，“九章”获德国Falling Wall Top Ten Breakthroughs of the Year
2021年，陆朝阳教授获得美国物理学会Rolf Landauer and Charles Bennett量子计算奖（每年世界范围一人，中国科学家首次入选）
2021年，“九章”光量子计算原型机研制团队获得“中国青年五四奖章集体”
2022年，陆朝阳教授获得全球华人物理与天文学会亚洲成就奖
2023年，陆朝阳教授入选首届新基石研究员、何梁何利基金会科学与技术创新奖
专家评价
奥地利科学院院长、诺贝尔奖得主Anton Zeilinger：“这项工作确实非常重要。全世界正在研发量子计算，致力于展示超越常规计算机的能力。这称为‘量子计算优越性’。这项工作成果很重要，因为中国科学家证明，基于光子（光的粒子）的量子计算机也可能实现‘量子计算优越性’。实际上，这种高斯玻色子采样已经有一些用处。我预测很有可能有朝一日量子计算机会被广泛使用。甚至每个人都可以使用。我对这个估计非常乐观，有很多聪明人在做这些事情，包括我的中国的同事。因此，我确定我们会看到相当快的发展。”
德国马普所所长、沃尔夫奖得主Ignacio Cirac：“总体来说，这是量子科技领域的一个重大突破，朝着研制相比经典计算机具有量子优势的量子设备迈出了一大步。”
麻省理工学院教授、美国青年科学家总统奖得主、斯隆奖得主Dirk Englund：“这是一个划时代的成果。我认为这是一个了不起的成就。 这是开发这些中型量子计算机的里程碑。 它表明，在复杂系统的前沿领域中，我们正处于非常特殊的时刻，复杂系统具有我们今天无法在计算机上预测的复杂性。 因此，这是一项了不起的成就，我认为这是该领域的一个里程碑。”
美国科学院院士、沃尔夫奖得主Peter Zoller：“利用量子器件来解决日益复杂的问题并体现量子优势是量子科学前沿中的最重要问题之一。陆朝阳、潘建伟和同事们基于光子进行的高斯玻色子采样实验，无论是在量子系统的大小和扩展性方面，还是在实际应用的前景方面，都把研究水平提升到了一个新的高度。”
美国耶鲁大学教授、美国艺术和科学院院士、巴克莱奖得主Steven Girvin：“这是一个极其困难的，需要付出很大的努力来完善的工作。对此我印象非常深刻，我认为这是我们控制量子系统能力的重要技术进步。”
美国智库兰德公司发布《中美量子技术产业评估》，指出“九章”使得“中国在光子玻色取样领域是明显的世界领导者”。次年，所在单位被美国商务部列入实体清单。