“糾纏”量子20年，只為大國(guó)算力

  ICC訊 2023年春節(jié)期間，在熱映電影《流浪地球2》里，中國(guó)量子計(jì)算機(jī)MOSS用強(qiáng)大算力，協(xié)同全球萬(wàn)座“行星發(fā)動(dòng)機(jī)”工作的場(chǎng)景震撼人心。

  其實(shí)，量子計(jì)算機(jī)并非科幻之物，而在現(xiàn)實(shí)生活中真實(shí)存在。我國(guó)第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，已于2021年整機(jī)交付。

  一切，要從6個(gè)志存高遠(yuǎn)的年輕人說(shuō)起。

  一間教室 一把椅子

  20年前，在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)一間編號(hào)為“8013”的閑置教室里，6個(gè)愛(ài)好量子計(jì)算的青年，開(kāi)始探索如何在現(xiàn)實(shí)中造出中國(guó)的量子計(jì)算機(jī)。擁有可實(shí)際使用的量子計(jì)算機(jī)，意味著擁有指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的更快產(chǎn)品研發(fā)速度、更大協(xié)同能力……

  當(dāng)時(shí)，教室簡(jiǎn)陋到只有一把椅子。

  中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)量子計(jì)算專(zhuān)業(yè)組秘書(shū)長(zhǎng)郭國(guó)平，就是當(dāng)年的6人小組成員。他與量子“糾纏”多年，見(jiàn)證了我國(guó)量子技術(shù)的起步與發(fā)展。

  早在2009年，郭國(guó)平團(tuán)隊(duì)就在國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)了經(jīng)典的量子霍爾效應(yīng)，從而掌握了半導(dǎo)體納米器件極低溫、極弱信號(hào)測(cè)量技術(shù)，為量子芯片和量子計(jì)算的后續(xù)研制，打下了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。此后一步一個(gè)腳印，逐步奠定了中國(guó)量子計(jì)算機(jī)的基石。

  在郭國(guó)平看來(lái)，量子計(jì)算已從純粹的科學(xué)研究，發(fā)展到科學(xué)研究與工程技術(shù)并重的階段，但如果只依賴(lài)高校研究團(tuán)隊(duì)，工程技術(shù)發(fā)育不足，則無(wú)法適應(yīng)量子計(jì)算技術(shù)的前沿發(fā)展趨勢(shì)。

  郭國(guó)平形容創(chuàng)業(yè)是“逼上梁山”。2015年，郭國(guó)平找到國(guó)內(nèi)某知名芯片企業(yè)，商討合作開(kāi)發(fā)量子計(jì)算機(jī)。但量子計(jì)算是一個(gè)前沿研究，前景莫測(cè)，企業(yè)不愿意投入。要搞量子計(jì)算工程技術(shù)研究，只剩下“自己干”一條路。

  2017年，郭國(guó)平與自己的老師——中科院院士、中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任郭光燦帶領(lǐng)中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合創(chuàng)立了中國(guó)第一家量子計(jì)算公司——本源量子，目標(biāo)是研發(fā)出可供用戶(hù)交互使用的工程化量子計(jì)算機(jī)，進(jìn)而使得中國(guó)擁有自主可控的量子計(jì)算能力。

  研制量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及物理、微電子、機(jī)械、軟件等多個(gè)學(xué)科，一切都得從頭干起。

  “在量子芯片新賽道上，我們絕不能落后于人。”團(tuán)隊(duì)成員賈志龍博士說(shuō)，為了提高量子芯片的良品率，需要手術(shù)刀一樣的機(jī)器精準(zhǔn)剔除芯片中的微小瑕疵，“這種儀器國(guó)內(nèi)外都買(mǎi)不到，只能自己研制?！?

  要找到極其微小的瑕疵，如同在摩天大樓里找一塊特定的墻磚做修補(bǔ)，他們只能一次一次測(cè)試、一點(diǎn)一點(diǎn)改進(jìn)。一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)得花費(fèi)2到3個(gè)小時(shí)，一天得有6到8輪。歷經(jīng)上千次測(cè)試改進(jìn)，團(tuán)隊(duì)最終成功研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)量子芯片工業(yè)生產(chǎn)母機(jī)——激光退火儀。

  2021年，本源量子交付了第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，使我國(guó)成為世界上第三個(gè)具備量子計(jì)算機(jī)整機(jī)交付能力的國(guó)家。

  “英雄走窄門(mén)”

  “椅子只有一把，就輪流坐；電腦只有一臺(tái)，就輪流用。”郭國(guó)平回憶起當(dāng)年仍唏噓不已。

  “椅子很快坐塌了，我們就‘站’著研究。當(dāng)時(shí)沒(méi)錢(qián)買(mǎi)新椅子，是因?yàn)槊刻煲◣浊гI(mǎi)科研用的液氦?！惫鶉?guó)平說(shuō)，那時(shí)大家是用個(gè)人工資作擔(dān)?！敖琛背龅难芯拷?jīng)費(fèi)。

  郭國(guó)平起初根本沒(méi)考慮過(guò)賺錢(qián)的事，資金極度匱乏時(shí)，他賣(mài)掉了自己的一套房子。

  本源量子的實(shí)驗(yàn)室有一疊“共享白大褂”，沒(méi)有姓名、編號(hào)。

  團(tuán)隊(duì)成員孔偉成博士說(shuō)，為研發(fā)我國(guó)第一套量子計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，不知道熬了多少個(gè)通宵。“夜里來(lái)靈感沖去實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，經(jīng)常會(huì)忘穿白大褂，后來(lái)就干脆在實(shí)驗(yàn)室常備?！?

  “連續(xù)14年的‘五一’假期，我都是在實(shí)驗(yàn)室里過(guò)?！惫鶉?guó)平介紹，當(dāng)年的6人小組，如今已發(fā)展成200多人的科研團(tuán)隊(duì)，且平均年齡不到27歲。

  作為我國(guó)第一代半導(dǎo)體量子計(jì)算的博士，張輝畢業(yè)時(shí)找不到專(zhuān)業(yè)對(duì)口的工作，只好去了上海從事金融業(yè)。本源量子成立后，他放棄高薪，回到合肥和導(dǎo)師共同創(chuàng)業(yè)?！啊熘袊?guó)自己的量子計(jì)算機(jī)’是我的夢(mèng)想，比做任何一份事業(yè)都有意義！”

  郭國(guó)平常對(duì)學(xué)生講，“英雄走窄門(mén)”，就是要做10年甚至50年以后重要的事。

  希望有更多人參與進(jìn)來(lái)

  創(chuàng)業(yè)后的郭國(guó)平發(fā)現(xiàn)，科學(xué)研究和工程技術(shù)是量子計(jì)算木桶上兩塊重要的木板，但并非全部。

  “就像我們習(xí)慣了使用Windows系統(tǒng)，再換國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)將非常艱難。現(xiàn)在也有用戶(hù)習(xí)慣了使用幾大國(guó)際巨頭的量子計(jì)算語(yǔ)言和操作系統(tǒng)。”郭國(guó)平說(shuō)，“留給我們追趕的時(shí)間，大概只有三到五年?！?

  量子計(jì)算機(jī)的性能提升需多個(gè)領(lǐng)域協(xié)同，涉及量子芯片、測(cè)控、軟件、算法和云平臺(tái)等。

  成立之初，本源量子就定位于全棧研制開(kāi)發(fā)量子計(jì)算，系統(tǒng)布局量子計(jì)算生產(chǎn)制造鏈、應(yīng)用生態(tài)鏈和教育培訓(xùn)科普鏈。從本源量子推出第一代6比特超導(dǎo)量子芯片夸父KF-C6-130，到即將面世的“悟空”量子計(jì)算機(jī)，我國(guó)量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)歷數(shù)次迭代。

  當(dāng)下，量子計(jì)算已經(jīng)發(fā)展到了性能提升、生態(tài)建設(shè)、習(xí)慣培養(yǎng)、應(yīng)用拓展并重的階段。郭國(guó)平特別希望有更多人參與進(jìn)來(lái)，幫助量子計(jì)算機(jī)迭代。2018年，本源量子牽頭成立國(guó)內(nèi)首個(gè)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，與上下游行業(yè)伙伴構(gòu)建量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。

  黨的二十大報(bào)告提出，以國(guó)家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，集聚力量進(jìn)行原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)，堅(jiān)決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)。

  郭國(guó)平向科技日?qǐng)?bào)記者表示：“中國(guó)量子計(jì)算不是一家企業(yè)、一個(gè)團(tuán)隊(duì)、一代人能夠完成的。期待全國(guó)更多量子計(jì)算科研工作者緊密合作，通過(guò)一代又一代人的艱苦奮斗，一起攀登量子計(jì)算科學(xué)高峰，一起造出更強(qiáng)中國(guó)量子計(jì)算機(jī)！”