代群 徐海濤 陳諾

眾所周知，量子計(jì)算機(jī)的研制是世界難題，全球最聰明的腦袋都在為研制出可用的量子計(jì)算機(jī)而上下求索。然而，郭國(guó)平注意到，國(guó)內(nèi)對(duì)量子計(jì)算的研究還停留在學(xué)校和科研院所的實(shí)驗(yàn)階段，缺乏對(duì)科研技術(shù)市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)化的考量。

單比特、兩比特、三比特、六比特……比特?cái)?shù)增長(zhǎng)的每一步，對(duì)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、國(guó)家重大研究計(jì)劃“半導(dǎo)體量子芯片”首席科學(xué)家郭國(guó)平與團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，都是量子計(jì)算研究領(lǐng)域的一大步。他們多年追逐量子中國(guó)夢(mèng)，實(shí)現(xiàn)零的突破，跟上國(guó)際先進(jìn)科研機(jī)構(gòu)的節(jié)奏。

在郭國(guó)平看來(lái)，量子計(jì)算機(jī)的研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是一項(xiàng)意義重大的“科學(xué)技術(shù)工程”，它既包括基礎(chǔ)原理的研究和論證，也需要大量的工程技術(shù)積累，并且隨著時(shí)間的推移，工程技術(shù)工作所占的比率和重要性都會(huì)迅速增大——比如芯片和計(jì)算機(jī)架構(gòu)、半導(dǎo)體工藝、微電子工程技術(shù)、量子算法和量子軟件等多方面對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研制都很重要。

郭國(guó)平說(shuō)，研究量子計(jì)算就像“用一個(gè)一個(gè)原子壘起一座金字塔”一樣難，但為了中國(guó)早日有“量子算力”，他愿為此奮斗終生。

一位“科技青年”的報(bào)國(guó)理想

在蒸汽機(jī)時(shí)代，馬力就是國(guó)力；在信息時(shí)代，算力就是國(guó)力。

中國(guó)，一定要有自己的“量子算力”！15年前，一位在國(guó)內(nèi)接觸量子算力的大學(xué)生開(kāi)始萌發(fā)心中的理想。

1977年出生的郭國(guó)平是江西南昌人，1996年考入中科大。在這里，他接觸到著名量子信息學(xué)家郭光燦的研究團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始學(xué)習(xí)量子光學(xué)，從事量子通信及量子信息器件研究。

2005年，郭國(guó)平因?yàn)榱孔油ㄐ趴蒲谐晒@得中科院院長(zhǎng)特別獎(jiǎng)，同年獲得中科大博士學(xué)位并留校。但是，他做出了一個(gè)“很傻”的決定，放棄已經(jīng)做得風(fēng)生水起的量子通信研究，改做量子計(jì)算。

20世紀(jì)80年代，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德？費(fèi)曼等人提出構(gòu)想，基于兩個(gè)奇特的量子特性——量子疊加和量子糾纏構(gòu)建“量子計(jì)算”。相較于電子計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)理論上的運(yùn)算能力將有幾何級(jí)數(shù)的增長(zhǎng)，被認(rèn)為是下一代信息革命的關(guān)鍵動(dòng)力。

“那時(shí)候我被認(rèn)為是‘愣頭青。量子計(jì)算當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)近乎空白，與先發(fā)國(guó)家差距巨大，研究很花錢(qián)，又難出論文。”郭國(guó)平說(shuō)，他愿做“愣頭青”，因?yàn)椤斑@個(gè)東西對(duì)國(guó)家太重要了”。

從芯片設(shè)計(jì)到納米加工、檢測(cè)、軟件編程，量子計(jì)算機(jī)涉及物理、機(jī)械、軟件等多個(gè)學(xué)科。在導(dǎo)師支持下，郭國(guó)平建立了半導(dǎo)體量子芯片研究組，競(jìng)爭(zhēng)國(guó)際量子計(jì)算的制高點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)艱苦努力，研究組在國(guó)內(nèi)首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)，并先后實(shí)現(xiàn)了基于半導(dǎo)體的單比特、兩比特、三比特量子計(jì)算。

為國(guó)之算力聚集量子團(tuán)隊(duì)

近年來(lái)，量子計(jì)算研究進(jìn)展迅速，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展剛起步?！坝捎谌狈?duì)口的企業(yè)，我們?cè)缙诋厴I(yè)的博士生可謂‘畢業(yè)就失業(yè)?！惫鶉?guó)平的第一個(gè)博士生張輝說(shuō)，他畢業(yè)后在上海從事金融相關(guān)的工作。

人才的流失、產(chǎn)業(yè)的缺位，讓郭國(guó)平坐不住了。

2017年，40歲的郭國(guó)平駛上了又一段人生新航道，在實(shí)驗(yàn)室里二次創(chuàng)業(yè)辦起公司——合肥本源量子計(jì)算科技有限責(zé)任公司?！氨驹戳孔印痹⒁狻傲孔蛹夹g(shù)追溯科技本源”。

在郭國(guó)平看來(lái)，量子計(jì)算機(jī)的研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是一項(xiàng)意義重大的“科學(xué)技術(shù)工程”，它既包括基礎(chǔ)原理的研究和論證，也需要大量的工程技術(shù)積累，并且隨著時(shí)間的推移，工程技術(shù)工作所占的比率和重要性都會(huì)迅速增大——比如芯片和計(jì)算機(jī)架構(gòu)、半導(dǎo)體工藝、微電子工程技術(shù)、量子算法和量子軟件等多方面對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研制都很重要。

“這些看似工程技術(shù)性質(zhì)的問(wèn)題，反過(guò)來(lái)可能又需要從基本理論方面進(jìn)行創(chuàng)新才能解決。所以，這一項(xiàng)大工程需要多種不同學(xué)科、不同產(chǎn)業(yè)方向的融合與協(xié)作、共同努力，單靠學(xué)校實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)的努力是不夠的，還需要企業(yè)這樣可以通力解決技術(shù)和工程難題的主體存在?！惫鶉?guó)平認(rèn)為，企業(yè)的介入可以讓工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)與基礎(chǔ)科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)共同工作協(xié)調(diào)攻關(guān)，將極大地推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)的研制速度和效率?！罢蛉绱耍庞辛藝?guó)內(nèi)首家主營(yíng)量子計(jì)算機(jī)的研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用業(yè)務(wù)的公司——本源量子。”

“本源創(chuàng)立之初就是肩負(fù)國(guó)家使命和個(gè)人的情懷理想。我們希望在量子計(jì)算上，能夠?yàn)閲?guó)家搶到足夠多的核心專利，讓中國(guó)能夠在全球量子計(jì)算科研領(lǐng)域占有一席之地，能夠緊跟國(guó)際領(lǐng)先的科技步伐?！惫鶉?guó)平說(shuō)。

公司初創(chuàng)期間，資金匱乏時(shí)，郭國(guó)平賣(mài)掉自己的一套房子保住公司；公司走上正軌后，郭國(guó)平名下股份估值近億元人民幣，他將這些股份無(wú)償分給研發(fā)團(tuán)隊(duì)的年輕人。

如同一顆磁石，本源吸引來(lái)了投資，更吸引了一批與張輝一樣的量子專業(yè)畢業(yè)生回歸。團(tuán)隊(duì)從2017年的10余人，到如今的上百人，研發(fā)人員占比超過(guò)75%，研究生學(xué)歷人才超40%。

“人才是本源量子最大的優(yōu)勢(shì)，也是量子計(jì)算領(lǐng)域最重要的資源。量子力學(xué)有兩個(gè)概念叫‘糾纏和‘相干，我跟學(xué)生說(shuō)，你們現(xiàn)在散落在全球各個(gè)地方，有一天我們會(huì)‘再糾纏，永相干，希望你們都能‘若有戰(zhàn)，召必回?！惫鶉?guó)平說(shuō)。

目前，量子計(jì)算正在經(jīng)歷早期應(yīng)用飛速發(fā)展的階段，在本源量子成立三年的時(shí)間里，郭國(guó)平感受到，人們對(duì)量子計(jì)算的興趣愈發(fā)濃厚。去年9月，在郭國(guó)平帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)六比特超導(dǎo)量子計(jì)算云平臺(tái)正式上線，全球用戶可以在線體驗(yàn)來(lái)自中國(guó)的量子計(jì)算服務(wù)。

現(xiàn)在沒(méi)有真正意義上的量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算突破了摩爾定律？對(duì)此，郭國(guó)平認(rèn)為摩爾定律是一個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)定律，而且描述的是集成電路的一個(gè)發(fā)展規(guī)律。量子不是靠硬件上的疊加或者是并行來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以它們不是同一個(gè)東西。當(dāng)然量子里面也會(huì)有它自身的一些定律。

在他看來(lái)，“量子計(jì)算之所以神奇，或者說(shuō)我之所以認(rèn)為它是一門(mén)學(xué)科，是源于它的物理學(xué)基礎(chǔ)，即量子態(tài)的特性。以一個(gè)比特為例，在量子里面，這一個(gè)比特可以處于0和1任意比例疊加的狀態(tài)，相位也是可以調(diào)控的狀態(tài)。在經(jīng)典計(jì)算的一個(gè)比特中，它只能夠處于0或者是1。而在量子里面，一個(gè)比特可以有一半的機(jī)率是0，另外一半的機(jī)率是1。這也是可以把量子的原理和薛定諤的貓聯(lián)系在一起的原因。量子力學(xué)、量子計(jì)算的優(yōu)越性，在于量子疊加的狀態(tài)。量子糾纏其實(shí)也是多比特的量子態(tài)疊加的結(jié)果，量子疊加才是根本性質(zhì)?！?/p>

郭國(guó)平認(rèn)為，現(xiàn)在沒(méi)有真正意義上的量子計(jì)算機(jī)。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)里面，我們大多數(shù)討論的是物理比特，但是真正的量子計(jì)算機(jī)實(shí)際上是邏輯比特。邏輯比特跟物理比特的差距就是，物理比特是會(huì)有錯(cuò)誤率的，比如說(shuō)萬(wàn)分之一，甚至是千分之一。用一個(gè)或多個(gè)物理比特編碼才能夠形成真正的比特，也就是邏輯比特。所以從這個(gè)概念來(lái)看，目前無(wú)論是國(guó)內(nèi)、國(guó)外，他們做的基本上還是停留在物理比特的階段，當(dāng)然現(xiàn)在已經(jīng)在嘗試邏輯比特。所以，我們說(shuō)，現(xiàn)在還沒(méi)有真正的量子計(jì)算機(jī)。

永不言棄

切割硅基板、在長(zhǎng)寬不到一厘米的芯片板上焊線、芯片樣品檢測(cè)分析……出自郭國(guó)平團(tuán)隊(duì)之手的第一代超導(dǎo)量子芯片被命名為“夸父”。逐夢(mèng)的故事每天都在上演。

這幾年，哪怕是節(jié)假日，郭國(guó)平不是在實(shí)驗(yàn)室，就是在去往實(shí)驗(yàn)室的路上。在他看來(lái)，如今每一分每一秒都彌足珍貴。目前，世界多國(guó)在研制量子計(jì)算機(jī)，這是一條無(wú)形的賽道，都在朝著實(shí)現(xiàn)通用型量子計(jì)算機(jī)的目標(biāo)努力。

量子計(jì)算機(jī)目前遇到的問(wèn)題除了制造上的難度，還在于現(xiàn)在人們?yōu)榱孔佑?jì)算機(jī)編寫(xiě)的應(yīng)用程序太少。郭國(guó)平認(rèn)為，持續(xù)為量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)算法、編寫(xiě)程序，是推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的一個(gè)不可或缺的因素。因此，本源量子提供“應(yīng)用定制服務(wù)”，為各行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行“量子賦能”。

“我們提供的定制化應(yīng)用可以在任何量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，一旦量子計(jì)算機(jī)生產(chǎn)成功，各行業(yè)就可立即將應(yīng)用對(duì)接，享受量子計(jì)算機(jī)帶來(lái)的強(qiáng)大計(jì)算能力?！惫鶉?guó)平說(shuō)，本源量子計(jì)劃與學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界等合作，培育一批面向各行業(yè)的量子計(jì)算時(shí)代的量子軟、硬件開(kāi)發(fā)者，共同建立和拓展量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。

合力，此時(shí)顯得尤為迫切。郭國(guó)平覺(jué)得，量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)，需要多種不同學(xué)科、不同產(chǎn)業(yè)方向的融合協(xié)作，全社會(huì)的共同努力。只有越來(lái)越多不同行業(yè)的企業(yè)加入研發(fā)，才能讓量子計(jì)算有更多應(yīng)用場(chǎng)景，從而極大地推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)的研制效率?；谶@一初衷，本源量子構(gòu)建了量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，與金融、生物制藥、化學(xué)材料、人工智能等產(chǎn)業(yè)開(kāi)展合作。

“我相信，量子計(jì)算最終可以服務(wù)于我們的衣、食、住、行、醫(yī)?！闭劶拔磥?lái)，郭國(guó)平眼里有光：量子計(jì)算能夠擴(kuò)展科學(xué)界對(duì)分子結(jié)構(gòu)和特性進(jìn)行模擬的能力，有望為新一代藥物和疫苗研發(fā)、新材料的設(shè)計(jì)、智能制造等模擬設(shè)計(jì)提供更強(qiáng)大的工具。

目前，他們已在研發(fā)下一代超導(dǎo)量子芯片與量子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，預(yù)計(jì)今年推出第二代20比特的“悟源”超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，未來(lái)兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)50比特到100比特的量子計(jì)算機(jī)。

“我們目前取得的成績(jī)，只是‘萬(wàn)里長(zhǎng)征走出的一小步?！惫鶉?guó)平說(shuō)?！暗牵缯羝麢C(jī)第一次被裝在馬車上，誰(shuí)能想到它孕育著改變世界的力量。”