在中國科學技術大學的實驗室里,一臺名為“九章四號”的光量子計算機正以驚人的速度刷新著人們對計算的認知。面對特定數學問題,這臺設備的運算能力遠超傳統計算機,標志著中國在量子計算領域邁出了關鍵一步。作為項目核心成員之一,量子計算專家陸朝陽教授帶領團隊完成了這一突破性成果。
量子計算的戰略價值早已超越學術范疇,成為全球科技競爭的核心領域。誰能在這一領域占據先機,誰就將在未來數十年的國際格局中掌握主動權。這一概念最早由物理學家費曼在1981年提出,他預言量子計算機將突破經典計算的極限。然而,從理論到實踐的跨越耗費了四十年時間,直到中國科學家成功將概念轉化為可運行的工程樣機。
2014年,美國谷歌公司宣布投入十億美元、集結數百名科學家,計劃在五年內打造世界首臺量子計算機。與此同時,年僅31歲的陸朝陽正帶領一支十幾人的團隊向同一目標發起沖擊。這場跨國競賽的背后,是兩種技術路線的較量——谷歌選擇超導體系,而中國團隊則深耕光子技術。
光子路線的選擇始于中國科學院院士潘建偉的遠見。2000年代初,他從歐洲歸國后,將研究重心轉向光子糾纏技術。同年考入中科大物理系的陸朝陽,在大三時便確定了量子研究的方向。“量子力學既催生了半導體、激光等改變世界的發明,又保留著大量未解之謎。”他回憶道,“這種頂天立地的特質深深吸引了我。”
保送研究生后,陸朝陽接到了導師布置的艱巨任務:將實驗平臺升級至可操控六光子糾纏。此前,團隊已在2004年實現五光子糾纏,但從五到六的跨越遠非數字遞增那么簡單。“六個光子意味著64維空間,是五光子時的兩倍。”他解釋道,“這就像在黑暗中同時調整兩個未知角度的探測器,必須等待正確的信號反饋才能成功。”經過近兩年努力,團隊不僅制備出六光子糾纏態,還在同一裝置中實現了可用于量子計算的簇態。這項成果登上《自然·物理學》封面,并入選2007年中國科技十大進展。
2008年,陸朝陽赴劍橋大學深造,期間首次實現單電子狀態的光學測量,為量子計算解決基礎性難題。當劍橋大學向他拋出教職橄欖枝時,這位青年學者卻在博士答辯后一周選擇回國,成為中科大最年輕的正教授。“在英國的前五年可能更順利,但長遠來看存在天花板。”他坦言,“量子技術關乎國家信息安全與算力,中國必須發展自己的技術。”
回國后,陸朝陽團隊迅速搭建半導體量子光源實驗室。2012年,他們制備出國際最高品質的單光子源,首次同時優化兩個關鍵參數,為量子計算奠定基礎。2015年,團隊實現“多自由度量子隱形傳態”,這項被《科學》雜志評為年度突破的研究,為構建量子計算機鋪平道路。此時,谷歌的五年計劃已進入沖刺階段。
2019年,谷歌宣布其53量子比特系統可在200秒內完成超級計算機需1萬年才能解決的任務。面對壓力,陸朝陽團隊連續30小時不間斷調試設備。“參數變量太多,整個團隊都處于高度緊張狀態。”他回憶道。2020年12月,中國科學家在《科學》期刊發表“九章”光量子計算機研究成果,在速度、功耗和性價比上全面超越谷歌。
關于“量子霸權”的術語爭議,陸朝陽團隊選擇使用更中性的“量子計算優越性”。“中國文化崇尚和平,不希望炒作學術概念。”他解釋道。這種務實態度體現在技術迭代中:從九章到九章三號,再到最新的九章四號,中國團隊始終保持領先。2023年10月,九章三號在百萬分之一秒內完成的計算任務,需當時最強超級計算機“前沿”花費200億年才能實現。
目前,中國在光量子計算機領域已建立國際領先優勢,其制定的量子計算優越性標準僅被加拿大和美國聯合小組部分實現。因在基礎研究與應用轉化中的貢獻,陸朝陽先后獲得多項國內外大獎,被《自然》雜志評為“中國科學之星”,國際同行稱其為“量子鬼才”。
“科學研究的魅力在于發現新現象、創造新技術。”陸朝陽說,“當看到年輕學者從懵懂少年成長為獨當一面的科學家時,這種滿足感無可替代。”在他的實驗室里,光子正以每秒3050個的速度穿梭,編織著量子計算的未來圖景。











