“造出中国人自己的量子计算机”
发布时间:2024-08-20 | 发布者： 东东工作室 | 浏览次数： 次
图为安徽省合肥市本源量子计算科技（合肥）股份有限公司的量子计算机组装与测试实验室。
在本源量子的量子计算机组装与测试实验室，安徽省量子计算工程研究中心副主任、“本源悟空”云服务研制团队负责人赵雪娇在介绍量子计算机的重要部件。
图为本源量子的量子芯片生产线。
图为本源量子的工作人员在测试量子计算机。
图为中国第一款国产自主量子计算机操作系统——本源司南。
本版图片均为杨俊峰摄
倒金字塔形的机体闪耀着科技的光芒，星罗棋布的排线有条不紊地输送着电流和信号，发光的芯片与远处墙上“造中国自主可控量子计算机”的标语遥相呼应，散热器嗡鸣声汇成的交响乐在一尘不染的实验室里回荡不息……这是近日，本报记者在安徽省合肥市本源量子计算科技（合肥）股份有限公司（以下简称本源量子）量子计算机组装与测试实验室看到的量子计算机运行场景。
量子计算机是实现量子计算任务的物理装置。与经典计算机相比，量子计算机拥有并行性、指数级加速等优势，计算能力异常强大，可在大数据、网络信息安全和人工智能、新药研发、金融工程等领域大显身手。
“在信息时代，算力体现国力。算盘和现有计算机的算力差距，就是现有计算机和量子计算机的算力差距。”中国科学院量子信息重点实验室副主任、中国科学技术大学教授郭国平对本报记者说，“我们在量子计算研发事业上的初心，就是造出中国人自己的量子计算机。”
经过20多年的“修炼”，中国的量子计算机发展成绩亮眼。近日，本报记者走进本源量子，现场感受量子计算机的魅力。
初心
几代科学家的接力
中国量子计算机的发展，经历了几代科学家的接力，其起步，可以追溯到26年前。
“1998年，我在筹办一个‘量子通信和量子计算’科学会议，为了扩大会议影响，希望邀请‘两弹一星’元勋钱学森来主持会议。”中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿说。
在致钱学森的信中，郭光灿对发展量子信息技术的重要性做了解释，并热切邀请钱学森主持会议。
没多久，郭光灿就收到了钱学森的回信。钱学森高度赞同他的观点，认为“我国应集全国力量攻克量子信息系统的技术问题”。
从那时起，以郭光灿为代表的科学家开始了研究量子计算机的征程。回忆往昔，郭光灿对本报记者说：“迅速地研发出可以直接应用的国产量子计算机，并在国民经济各个领域发挥量子计算优势的作用，是我们这一代人义不容辞的历史使命。”
然而，中国量子计算机的研究之路，并不是一帆风顺的。
在当时，国内的量子研究并没有引起足够的重视。郭光灿于1998年、1999年、2000年3次申请国家重点基础研究发展计划（973计划），均以失败告终。
面对这样的困境，郭光灿没有气馁，他始终认为绝不能错过发展量子信息的大好机遇。后来，他成立了中国科学院量子信息重点实验室，这是中国第一个量子信息实验室。
初始的实验室相当简陋，“只有一台386电脑，一台针式打印机，就两个设备。”郭光灿的一名学生回忆说，当时大家都是排着队用设备的，谁到点了，哪怕没算完也得换人。
功夫不负有心人，2001年，在第四次申请之后，郭光灿终于成功申请到了国家首个量子信息领域的973计划，获得2500万元科研经费。该项目的实施对中国量子计算研究蓬勃发展并在国际上占有一席之地有重要作用。
作为本源量子的首席科技顾问，郭光灿不仅要考虑自己的团队，更要考虑国家量子信息未来的发展。“中国要在世界上竞争，靠一个团队是不行的，必须团结国内所有力量来参与竞争。”此后，郭光灿组建起了量子信息科学队伍。这个队伍里，走出了郭光灿等5位中国科学院院士。
时间来到2010年，郭光灿的学生郭国平接过接力棒，担任了“固态量子芯片研究”重大专项首席科学家。郭国平说：“绝不能在关键核心技术领域受制于人，一定要有中国自主可控的量子计算机。”
2010年，郭国平申请了中国“超级973”科技专项“固态量子芯片”重大项目，任首席科学家，并于2013年在“一个电子”上实现10皮秒（1皮秒等于一万亿分之一秒）级量子逻辑门运算，将原世界纪录提高近百倍，为实现基于半导体的量子计算机迈出重要一步。
2012年暑假，正在选择研究生方向的孔伟成初次来到中国科学院量子信息重点实验室，参与了一组公开课的录制过程。当时，担任量子信息重点实验室主任的郭光灿进行授课，作了一场名为《来自量子世界的新技术》的科普报告。那一次报告让孔伟成爱上了量子，决定从事这方面研究。
“为国家研发自己的量子计算机，是我的梦想，也是我的使命。”科研之路，好比穿越量子计算“无人区”，孔伟成常这样想。现在，在量子计算机领域钻研10多年的孔伟成已经成长为安徽省量子计算工程研究中心副主任、“本源悟空”硬件研制团队负责人。
2017年，郭国平领衔创办了中国首家量子计算机产业化企业——本源量子，致力于中国量子计算的工程化和产业化。作为本源量子团队成员，郭光灿与郭国平带领中国科学院量子信息重点实验室的研究人员默默耕耘，孔伟成也加入其中，担任量子计算测控系统和整机组装研发工作。
技术
关键组件实现国产
“超导量子计算机产业链有多个关键点，芯片、测控系统、制冷系统、软件及操作系统。”郭国平说。
逢山开路，遇水架桥。量子芯片、量子计算测控一体机、量子操作系统、量子软件、量子计算云平台……为造出中国人技术自主可控的量子计算机，本源量子建设了量子芯片制造封装和量子计算机组装测试两大实验室，完成了从芯片到整机软硬件的全栈式开发。
“每一项研发都要从零做起，意味着巨大的挑战。”郭国平说。
“实现国产自主研发量子计算机决不能靠商用仪器拼凑，我们需要造出量子计算机真正需要的控制系统。”孔伟成对本报记者说。
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