在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里，一臺(tái)名為“九章四號(hào)”的光量子計(jì)算機(jī)正以驚人的速度刷新著人們對(duì)計(jì)算的認(rèn)知。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，它在解決特定問(wèn)題時(shí)展現(xiàn)出壓倒性的優(yōu)勢(shì)，標(biāo)志著中國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步。作為項(xiàng)目核心成員之一，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽(yáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，在這條充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的道路上不斷突破。

量子計(jì)算的潛力早已被國(guó)際科學(xué)界視為戰(zhàn)略高地。上世紀(jì)80年代，物理學(xué)家費(fèi)曼首次提出量子計(jì)算機(jī)的概念，認(rèn)為其運(yùn)算能力可能遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)。然而，這一設(shè)想長(zhǎng)期停留在理論層面，直到四十年后，中國(guó)科學(xué)家用實(shí)際行動(dòng)將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。“我們不僅要證明量子計(jì)算的可行性，更要造出能擺在桌面上、解決實(shí)際問(wèn)題的工程樣機(jī)。”陸朝陽(yáng)這樣描述團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)。

2014年，美國(guó)谷歌公司宣布投入十億美元、集結(jié)數(shù)百名科學(xué)家，計(jì)劃在五年內(nèi)研制出全球首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。彼時(shí)，31歲的陸朝陽(yáng)正帶領(lǐng)一支僅十余人、以95后研究生為主的團(tuán)隊(duì)，選擇了一條與谷歌不同的技術(shù)路線(xiàn)——光子量子計(jì)算。“國(guó)內(nèi)在光子糾纏領(lǐng)域已有深厚積累，這是我們的優(yōu)勢(shì)。”陸朝陽(yáng)解釋道。這一選擇源于中科院院士潘建偉的早期布局，他在21世紀(jì)初回國(guó)后，便帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深耕光子技術(shù)，為后續(xù)突破奠定了基礎(chǔ)。

陸朝陽(yáng)與量子計(jì)算的緣分始于大學(xué)時(shí)期。2000年考入中科大物理專(zhuān)業(yè)的他，大三時(shí)便明確了研究方向。“量子力學(xué)既催生了半導(dǎo)體、激光等改變世界的發(fā)明，又充滿(mǎn)未解之謎，完美融合了理論與應(yīng)用。”他回憶道。保送研究生后，導(dǎo)師潘建偉交給他一項(xiàng)艱巨任務(wù)：將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)升級(jí)至可操控六光子糾纏。此前，團(tuán)隊(duì)已在2004年實(shí)現(xiàn)五光子糾纏，但從五到六的跨越，意味著計(jì)算空間從32維躍升至64維，難度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

“這就像在黑暗中摸索未知的信號(hào)。”陸朝陽(yáng)形容實(shí)驗(yàn)過(guò)程。團(tuán)隊(duì)需通過(guò)理論計(jì)算確定大致方位，同時(shí)調(diào)整兩個(gè)探測(cè)器的角度，直到捕捉到正確的信號(hào)。經(jīng)過(guò)近兩年努力，他們不僅成功制備六光子糾纏態(tài)，還在同一裝置中實(shí)現(xiàn)了可用于量子計(jì)算的簇態(tài)。這一成果發(fā)表于2007年《自然·物理學(xué)》，并入選當(dāng)年中國(guó)科技十大進(jìn)展。

2008年，陸朝陽(yáng)赴劍橋大學(xué)攻讀博士，期間首次實(shí)現(xiàn)單電子狀態(tài)的光學(xué)測(cè)量，為量子計(jì)算解決基礎(chǔ)難題。2011年，他收到劍橋大學(xué)教職邀請(qǐng)，卻選擇在博士答辯后立即回國(guó)，成為中科大最年輕的正教授。“在英國(guó)，前五年可能更順利，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，科研需要國(guó)家力量的支持。”陸朝陽(yáng)坦言，“量子技術(shù)關(guān)乎國(guó)家信息安全與算力，中國(guó)必須自主發(fā)展。”

回國(guó)后，陸朝陽(yáng)團(tuán)隊(duì)迅速取得突破。2012年，他們研制出國(guó)際最高品質(zhì)的單光子源，解決了該領(lǐng)域兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)問(wèn)題；2015年，又實(shí)現(xiàn)“多自由度量子隱形傳態(tài)”，為構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)奠定基石。與此同時(shí)，谷歌的五年計(jì)劃也在推進(jìn)。2019年，谷歌宣布其53量子比特系統(tǒng)可在200秒內(nèi)完成當(dāng)時(shí)世界最快超級(jí)計(jì)算機(jī)需1萬(wàn)年才能完成的計(jì)算，引發(fā)全球關(guān)注。

“那段時(shí)間壓力巨大，團(tuán)隊(duì)連續(xù)30小時(shí)調(diào)試設(shè)備是常態(tài)。”陸朝陽(yáng)回憶道。2020年12月，中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)推出“九章”光量子計(jì)算機(jī)，在計(jì)算速度、功耗和性?xún)r(jià)比上超越谷歌。對(duì)于國(guó)際上常用的“量子霸權(quán)”一詞，陸朝陽(yáng)團(tuán)隊(duì)選擇用“量子計(jì)算優(yōu)越性”替代。“中國(guó)文化崇尚和平，不希望炒作學(xué)術(shù)名詞。”他解釋道。

隨著“九章三號(hào)”在2023年問(wèn)世，中國(guó)在光量子計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)先地位進(jìn)一步鞏固。該原型機(jī)可在百萬(wàn)分之一秒內(nèi)處理最高復(fù)雜度樣本，而當(dāng)時(shí)最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)“前沿”需超過(guò)二百億年才能完成。如今，“九章四號(hào)”的上線(xiàn)再次刷新紀(jì)錄。“中國(guó)已成為國(guó)際領(lǐng)跑者，并建立了最強(qiáng)的量子計(jì)算優(yōu)越性標(biāo)準(zhǔn)。”陸朝陽(yáng)表示，目前僅有加拿大和美國(guó)聯(lián)合小組實(shí)現(xiàn)了類(lèi)似目標(biāo)。

因在量子計(jì)算領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，陸朝陽(yáng)先后獲得多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外大獎(jiǎng)，入選《自然》“中國(guó)科學(xué)之星”，被國(guó)際同行譽(yù)為“量子鬼才”。對(duì)于科研的魅力，他這樣理解：“發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新規(guī)律帶來(lái)的滿(mǎn)足感，技術(shù)應(yīng)用于國(guó)家需求的成就感，以及看著學(xué)生成長(zhǎng)的欣慰感，都是科研最動(dòng)人的地方。”