12月4日，國際學術期刊《科學》發表了一篇論文，闡述了由中國科學技術大學潘建偉研究團隊與中科院上海微系統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作研製的量子計算原型機「九章」，藉助一種可以操縱微小光粒子的設備，實現了量子至上性，即「量子霸權」，實現了我國量子計算研究的第一個裡程碑——量子計算優越性。
九章執行了一種稱為「高斯玻色子採樣」的量子計算，這對傳統計算機來說是難以解決的。當量子設備被證明能夠執行傳統計算機無法完成的任務或完成時間過長的任務時，即可實現量子至上。
為紀念我國古代最早的數學專著《九章算術》，我國首臺量子計算原型機取名為「九章」。九章僅用200秒就完成了高斯玻色子採樣，但研究人員估計，相同的計算將使世界上最快的超級計算機Fugaku耗時6億年 ，比"富嶽"快一百萬億倍。
量子霸權之前只被宣稱過一次，即在去年，谷歌的研究人員展示了一個54比特的處理器，他們說它可以在200秒內運行一次測試計算。根據這項研究，該計算將花費世界上最大的超級計算機10000年。
量子比特具有以雙量子狀態存在的能力，具有空前的計算能力，因此可以一次執行許多計算。研究人員預計，有了足夠穩定的量子比特，量子計算機將撼動從人工智慧到金融等行業。
量子研究的關鍵點在於如何創建和維護足夠的量子位以使量子計算機變得有用，有多種方法可以做到這一點。例如，谷歌開發的量子技術與九章完全不同，這家搜索巨頭正在投入研究基於金屬的超導量子比特。
這也是IBM首選的量子技術，兩家技術巨頭都將大量資金投入到超導電路中，以推動量子計算研究。
但是，要使超導量子位保持可控狀態，就必須將其保持在非常冷的溫度下，比在深空更冷。不用說，其實用性仍然是一個重大障礙。量子位對外部環境的極端敏感性也意味著很難擴大器件的規模。
九章通過操縱光子來代替金屬粒子，該設備是專門為執行量子任務而設計的，即高斯玻色子採樣，它包括模擬和預測光子的不穩定行為。
該任務包括將光束注入分束器和反射鏡網絡，使光子在到達不同的輸出埠之前可以選擇通過的路徑。但是，光子具有使問題複雜化的奇怪量子性質：無法確定地知道它們將選擇哪種方式。更重要的是，如果兩個相同的光子恰好同時擊中分束器，它們將粘在一起並且都沿著相同的隨機選擇路逕行進。
所有這些使傳統計算機很難識別光子行為的模式，並且很難根據粒子的輸入方式來預測光子的輸出配置。隨著更多光子的參與，計算的難度也成倍增加，這意味著高斯玻色子採樣裝置難以擴大規模。
德國帕德博恩大學集成量子光學教授Christine Silberhorn從事高斯玻色子採樣研究已有多年。她告訴記者：「該計劃有其自身的挑戰性，擴大系統規模非常困難，因為必須為量子實驗設計所有組件，並且它們必須精確地協同工作。此外，它還需要檢測和處理非常大的數據集。」
我國研究人員為九章配備了300個分束器和75個反射鏡，並在實驗中設法測量了多達76個光子。
破解高斯玻色子採樣方程具有有限的用途。實際上，到目前為止，該實驗所做的僅是證明九章在解決一項非常具體的任務（模擬光子的不可預測的行為）方面比傳統計算機更好。但是，這並不意味著將能很快建立大規模的量子計算機來解決現實生活中的問題。
這項實驗的價值在於證明基於光的量子計算機可能與基於物質的同類計算機一樣有前途，Silberhorn說：「該實驗是基於線性光學系統的量子模擬的重要裡程碑實驗。」 「它證明了使用光子進行可伸縮量子計算的巨大潛力。」
由於光子即使在不受控制的環境中也能保持穩定的潛力，研究人員最近對光子量子計算機產生了興趣。與基於超導量子位的設備不同，光子不需要極端製冷，並且理論上可以更快地擴展。
倫敦帝國理工學院實驗物理系主任伊恩·沃爾姆斯利（Ian Walmsley）表示：「由USTC研究組報告的玻色子採樣實驗是一次真正的嘗試，它說明了光子學作為量子技術平臺的潛力。」 「這是開發利用量子物理學的力量執行現有技術無法完成的任務的技術的真正進步。」
因此，中國科學技術大學的研究團隊取得了新的裡程碑，這很可能為正在進行的建立量子技術的競賽帶來新的動力。Google和IBM只是對開發量子計算機表現出濃厚興趣的財力雄厚的參與者的兩個例子，而豐富的生態系統也在不斷發展，以將新的創新帶入太空。