Jiuzhang 4.0 是中國最新的光子量子電腦，正努力在量子計算領域中奠定其主導地位。這台光子超級電腦在微秒內完成了一項複雜的計算，而全球最快的超級電腦則需要 10^42 年才能完成這項計算。量子電腦通常被視為計算的下一個前沿，科學家希望它們能解決傳統電腦無法完成的計算任務，並有助於解決氣候變化等問題，加速藥物發現。量子計算的核心是量子位（qubits），這些量子位可以同時存儲多個值，與只能是 0 或 1 的二進制位不同，這大大提高了它們進行複雜計算的能力。
雖然美國主導的研究主要集中於使用超導量子位進行計算，但中國的 Jiuzhang 則採用光子方法，使用光子而非超導量子位進行計算。Jiuzhang 是什麼？這台機器於 2020 年首次亮相，是全球首個展示量子計算優勢的光子系統。在量子物理學家潘建偉的領導下，這台機器的發展迅速，Jiuzhang 4.0 於本週早些時候揭曉。根據報告，4.0 在一個 8,176 模式的干涉網絡中運行 1,024 個擠壓態輸入。
該系統可以同時操控和檢測 3,050 個光子，是其前身的 10 倍。
中國科學技術大學（USTC）的研究人員將 4.0 機器的任務設置為完成高斯玻色取樣。根據估算，美國的全球最快超級電腦 El Capitan 需要 10^42 年才能完成這項取樣，而 Jiuzhang 4.0 僅在微秒內完成。除了速度之外，這台機器還實現了 92% 的源效率和 51% 的整體系統效率。
這一點非常重要，因為光子損失是光子量子電腦的一個主要問題，也是推進這項技術的主要瓶頸。
對量子主導地位的聲明
隨著這一成就，中國希望宣示其在量子計算領域的主導地位。然而，並不是所有人都信服。美國主導的量子電腦計劃專注於開發容錯、可編程的設備，能夠運行商業應用。而中國的 Jiuzhang 則是一款高度專業化的量子電腦，只在高斯玻色取樣等專門任務中表現出色。雖然當前運行的傳統超級電腦能夠處理各種各樣的任務，但 Jiuzhang 目前還無法做到這一點。
儘管如此，Jiuzhang 的成就卻不容忽視。
雖然 Jiuzhang 可能不是一個多功能的量子計算系統，但其在規模上相較於之前的版本有著數量級的增長，值得讚賞。研究人員在聲明中表示：「根據我們的知識，沒有現實的傳統計算資源能夠使 MPS（矩陣乘積狀態）算法達到我們實驗中所實現的準確性。」即使 Jiuzhang 4.0 可能不是迄今為止構建的終極量子電腦，但它展示了中國在量子計算領域的領導地位。即使 Jiuzhang 在單一專門任務上表現出色，中國也可能迅速開發出適用於藥物發現、人工智能甚至國防應用的各種專門系統。
該研究通過在《自然》雜誌上發表而揭曉。