九章4.0量子電腦：3050光子創下新紀錄

系統的核心設計包括：

• 向量子處理器輸入 1024個高效率壓縮光態（squeezed states）
• 採用 8176個光學模式（modes）的可編程光子電路
• 在單次運行中操控並檢測最多3050個光子

這些設計使系統在保持較高實驗精度的同時，能大幅提升可處理的量子規模，並在噪聲與光子損失等實際限制下仍展示量子優勢 。

與九章3.0相比有哪些突破

2023年發布的九章3.0曾創下255個檢測光子的紀錄 。而九章4.0將規模提升到3050個光子，相當於超過十倍的提升 。

目前可確認的主要進步包括：

• 光子規模提升：從255個光子增加到3050個光子
• 可編程架構：九章4.0被設計為可編程光子量子處理器
• 更大光學模式系統：支援數千個光學模式與更複雜干涉網路

這些改進使實驗能處理更大規模的量子取樣問題，也使量子優勢的證據更加穩健。

與傳統超級電腦的速度差距

在高斯玻色子取樣這類問題上，量子系統與傳統計算機的差距可能極其巨大。

研究報導指出，九章4.0在該取樣任務上的計算速度可能超過目前最強超級電腦約10^54倍 。這種比較通常基於理論模擬成本估算，因為用經典演算法直接模擬如此規模的量子光學系統幾乎不可行。

早期研究也顯示，一些GBS實驗若用經典演算法模擬，可能需要數億年甚至更長時間，即使在大型超級電腦上也是如此 。

為什麼高斯玻色子取樣重要

高斯玻色子取樣（GBS）是量子計算研究中常用的「基準問題」。它的難點在於：

• 系統中的光子數量越多
• 光學模式越多
• 量子干涉越複雜

則用傳統電腦計算其概率分布的難度會呈指數級上升 。

因此，當量子裝置能在這類問題上大幅超越經典模擬能力時，就被視為展示了量子計算優勢（Quantum Computational Advantage）。

這項里程碑的真正意義

九章4.0的成果主要意義在於三點：

1. 光子量子計算規模大幅提升：3050光子的實驗規模是目前最大的光子量子取樣之一 。
2. 更強的量子優勢證據：在噪聲與經典演算法競爭下仍展示計算優勢 。
3. 推動可編程光子量子處理器發展：顯示光子路線在量子計算競賽中的潛力。

不過需要注意的是，九章4.0仍然不是通用型量子電腦。它主要用於特定取樣問題，而非像未來的容錯量子電腦那樣能執行任意量子演算法 。

換句話說，九章4.0更像是一個展示量子計算能力極限的重要實驗平台，但它同時也為未來更實用的光子量子計算機鋪平了技術道路。