【環(huán)球時(shí)報(bào)報(bào)道 記者 丁雅梔 涂蕾 張蔚藍(lán)】編者的話(huà)：在第八個(gè)全國(guó)科技工作者日來(lái)臨之際，《環(huán)球時(shí)報(bào)》推出“走近前沿科技”系列報(bào)道，將以專(zhuān)訪(fǎng)國(guó)內(nèi)外知名科學(xué)家、探訪(fǎng)多領(lǐng)域科研院所與實(shí)驗(yàn)室等方式來(lái)多維度科普前沿科技發(fā)展成果，弘揚(yáng)科學(xué)家精神。
不久前，中國(guó)自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)制造鏈在合肥宣布基本成鏈�！董h(huán)球時(shí)報(bào)》采訪(fǎng)團(tuán)隊(duì)日前對(duì)國(guó)內(nèi)首家將量子計(jì)算正式推向商用領(lǐng)域的量子計(jì)算企業(yè)本源量子進(jìn)行探訪(fǎng)，并專(zhuān)訪(fǎng)了“本源悟空”研制團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任郭國(guó)平教授。
“中國(guó)的量子計(jì)算是從站著開(kāi)始的”
合肥高新區(qū)有一條東西向的云飛路，量子信息這一未來(lái)產(chǎn)業(yè)在這里落地生花：這里匯聚了國(guó)內(nèi)眾多量子科技領(lǐng)域的頭部企業(yè)，如國(guó)盾量子、本源量子、國(guó)儀量子等，世界上第一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子”號(hào)、第一條量子保密通信網(wǎng)絡(luò)“京滬干線(xiàn)”，以及第一臺(tái)光量子計(jì)算機(jī)都在這條量子科技產(chǎn)業(yè)帶上誕生，因此這里又被稱(chēng)為“量子大道”。
剛見(jiàn)面，郭國(guó)平就給《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者講了一個(gè)故事：21年前，中國(guó)的第一個(gè)量子計(jì)算研究小組在中國(guó)科技大學(xué)的一間廢棄教室里成立，當(dāng)時(shí)教室里只有一張桌子、一把椅子，“我們6個(gè)小組成員只能輪流坐一坐，后來(lái)唯一的一把椅子被坐塌了，我們也舍不得花錢(qián)去買(mǎi)，每天僅買(mǎi)科研必需的液氦都需要好幾千，只有站著搞研究�？梢哉f(shuō)，中國(guó)的量子計(jì)算是從站著開(kāi)始的。”
量子計(jì)算是一種基于量子力學(xué)原理的計(jì)算方式，它利用量子比特代替?zhèn)鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制比特。如果說(shuō)二進(jìn)制比特就像是一枚靜止的硬幣，只能處于正面朝上或反面朝上（0或1）兩種狀態(tài)，那么量子比特則是一枚旋轉(zhuǎn)的硬幣,可以同時(shí)處于兩種狀態(tài)。當(dāng)兩個(gè)量子比特發(fā)生糾纏時(shí)，它們就像有心靈感應(yīng)的雙胞胎，無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)量子比特的狀態(tài)改變會(huì)即時(shí)影響到另一個(gè)。這使得量子計(jì)算機(jī)不僅具有加速運(yùn)算的功能，而且可以將某些在電子計(jì)算機(jī)上難解的問(wèn)題（如大數(shù)因子分解）變換為可解的問(wèn)題。量子計(jì)算機(jī)的算力之于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，好比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的算力之于舊時(shí)的算盤(pán)。
當(dāng)時(shí)，這個(gè)來(lái)自中科大的科研小組已經(jīng)意識(shí)到，量子計(jì)算是下一代信息技術(shù)的關(guān)鍵，不僅具有解決傳統(tǒng)計(jì)算無(wú)法應(yīng)對(duì)的復(fù)雜問(wèn)題的能力，還能向其他行業(yè)滲透并對(duì)所及產(chǎn)業(yè)展開(kāi)技術(shù)賦能，拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)層次的升級(jí)，將對(duì)科技、經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。美國(guó)早已開(kāi)展對(duì)量子計(jì)算的研究，中國(guó)的量子計(jì)算研究必須立刻起步，否則未來(lái)會(huì)受到他國(guó)的量子威懾，“量子科技不僅僅是科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域，更是國(guó)家未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵所在。”郭國(guó)平表示。
21年間，郭國(guó)平團(tuán)隊(duì)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)，又先后完成了基于半導(dǎo)體的單比特、兩比特、三比特量子計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)零的突破。為研發(fā)出可供用戶(hù)交互使用的工程化量子計(jì)算機(jī)，郭國(guó)平與自己的老師郭光燦帶領(lǐng)實(shí)驗(yàn)室博士團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合創(chuàng)立了量子計(jì)算公司本源量子，并自主研制出量子計(jì)算的設(shè)備和技術(shù)，這些設(shè)備和技術(shù)在“本源悟空”上全部實(shí)現(xiàn)集成運(yùn)行，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。
“量子計(jì)算機(jī)制造鏈一頭連著科技創(chuàng)新，一頭連著新質(zhì)生產(chǎn)力。”郭國(guó)平認(rèn)為，當(dāng)前，科技領(lǐng)域也面臨著百年未有之大變局，站在這樣一個(gè)歷史性的時(shí)刻，抓住變革的先機(jī)非常重要，誰(shuí)先抓住誰(shuí)就能在競(jìng)爭(zhēng)中掌握主動(dòng)權(quán)。
如何看待中外量子計(jì)算發(fā)展階段
“隨著量子計(jì)算的發(fā)展，各種各樣問(wèn)題的處理會(huì)更加精準(zhǔn)。未來(lái)人人都可以獲得定制化的藥物、醫(yī)療、食品，人與人之間的信息交流都將在量子計(jì)算的幫助下變得更加高效，甚至一枚硬幣從高空落下來(lái)，量子計(jì)算都可以給出精準(zhǔn)的落地位置。”當(dāng)問(wèn)及對(duì)量子計(jì)算的未來(lái)暢想，郭國(guó)平如此說(shuō)。
據(jù)他介紹，從模擬復(fù)雜的物理系統(tǒng)到優(yōu)化大規(guī)模的組合問(wèn)題，從加速藥物研發(fā)到提升信息安全，量子計(jì)算構(gòu)建起的新一代計(jì)算體系，有望為當(dāng)前智能制造、金融分析、新材料研發(fā)、生物醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的商業(yè)格局帶來(lái)革命性轉(zhuǎn)變。“量子計(jì)算機(jī)，是當(dāng)前國(guó)際科技賽道‘兵家必爭(zhēng)之地’。”郭國(guó)平介紹說(shuō)，目前，我國(guó)的量子信息技術(shù)發(fā)展在國(guó)際上處于第一梯隊(duì)，中國(guó)第三代超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”搭載72位自主超導(dǎo)量子芯片“悟空芯”，共198個(gè)量子比特（衡量量子計(jì)算機(jī)性能的重要指標(biāo)，量子比特?cái)?shù)越多，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力越強(qiáng)），是目前中國(guó)最先進(jìn)的可編程、可交付超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。從今年1月“本源悟空”上線(xiàn)運(yùn)行至今，這臺(tái)機(jī)器已吸引全球范圍內(nèi)124個(gè)國(guó)家和地區(qū)逾953萬(wàn)人次訪(fǎng)問(wèn)，成功完成超過(guò)23.1萬(wàn)個(gè)運(yùn)算任務(wù)。
量子芯片生產(chǎn)線(xiàn)。陳濤攝
郭國(guó)平表示，如果將人類(lèi)的一生與我國(guó)量子信息技術(shù)發(fā)展的周期進(jìn)行類(lèi)比，當(dāng)前量子計(jì)算機(jī)技術(shù)正處于七八歲左右的幼年階段。我國(guó)從2020年第一代夸父6比特超導(dǎo)量子芯片KF C6-130研制成功，到2024年第三代72比特夸父KF C72-300，僅僅用了4年的時(shí)間。
去年2月，澳大利亞戰(zhàn)略政策研究所發(fā)布報(bào)告稱(chēng)，在量子計(jì)算、量子加密、量子通信和量子傳感等量子技術(shù)的四大領(lǐng)域中，美國(guó)只在量子計(jì)算這一領(lǐng)域領(lǐng)先中國(guó)，但中國(guó)近期的成果表明美國(guó)的優(yōu)勢(shì)正在縮校
談及中外差距，郭國(guó)平強(qiáng)調(diào)，要理性地看待中國(guó)量子計(jì)算的發(fā)展。從量子計(jì)算機(jī)的整體發(fā)展生態(tài)來(lái)看，美國(guó)的量子計(jì)算機(jī)發(fā)展生態(tài)優(yōu)于我國(guó)。一方面，量子信息包括量子計(jì)算、量子通信和量子精密測(cè)量，所有關(guān)鍵性、原理性的概念，都不是中國(guó)首先提出的。而量子計(jì)算中的測(cè)控系統(tǒng)等依然會(huì)用到傳統(tǒng)的芯片元器件，在基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的情況下，會(huì)影響到量子計(jì)算本身的研發(fā)。另一方面，量子計(jì)算的發(fā)展可以分為科研、工程化與產(chǎn)業(yè)化三個(gè)階段，盡管中美在量子計(jì)算科研成果上的差距逐漸縮小，但中國(guó)的量子計(jì)算還停留在科研階段時(shí)，美國(guó)的量子計(jì)算已先一步走出實(shí)驗(yàn)室，走向工程化。IBM、微軟、谷歌等海外科技巨頭先后發(fā)布量子計(jì)算路線(xiàn)圖，帶動(dòng)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當(dāng)中國(guó)進(jìn)入工程化階段后，美國(guó)又進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段，形成研發(fā)、應(yīng)用“雙向驅(qū)動(dòng)”。從行業(yè)生態(tài)看，美國(guó)以IBM為首的量子計(jì)算龍頭企業(yè)牽頭建立了國(guó)際主流量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，美國(guó)、日本、韓國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等230多家來(lái)自各行各業(yè)的企業(yè)參與其中，合縱連橫，形成了一個(gè)將中國(guó)排除在外的量子計(jì)算生態(tài)圈。
量子計(jì)算未來(lái)有哪些發(fā)展新趨勢(shì)
在當(dāng)前的國(guó)際背景之下，布局自主量子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展已成為我國(guó)當(dāng)前的重大需求之一。當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月6日，美國(guó)國(guó)務(wù)卿布林肯在發(fā)表“科技與美國(guó)外交政策的轉(zhuǎn)型”演講時(shí)，將量子技術(shù)列為關(guān)乎美國(guó)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)家安全最重要的六大通用“基礎(chǔ)”技術(shù)之一，并強(qiáng)調(diào)美國(guó)正在為量子計(jì)算的未來(lái)做準(zhǔn)備。
演講發(fā)表3天后，美國(guó)商務(wù)部就以所謂“威脅國(guó)家安全”為由，將37家中國(guó)實(shí)體列入貿(mào)易限制清單。
“量子科技產(chǎn)業(yè)絕對(duì)不是一家一姓的事情，也不是某一個(gè)小團(tuán)隊(duì)的事情，中國(guó)量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)從一開(kāi)始就要有構(gòu)建生態(tài)體系的意識(shí)，需要多種不同學(xué)科、不同產(chǎn)業(yè)方向的融合協(xié)作。”郭國(guó)平強(qiáng)調(diào)。
他告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，量子計(jì)算走出實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)用戶(hù)和市場(chǎng)雙向驅(qū)動(dòng)的過(guò)程。在具體運(yùn)用領(lǐng)域，如金融、氣象、藥物研發(fā)、能源、大數(shù)據(jù)、密碼破譯等，通過(guò)量子計(jì)算，都能實(shí)現(xiàn)加速作用，基本上所有需要大規(guī)模算力的場(chǎng)景，都是量子計(jì)算具體的應(yīng)用場(chǎng)景。“量子計(jì)算也同樣需要這些場(chǎng)景加速技術(shù)的進(jìn)步。目前中國(guó)量子技術(shù)的迭代進(jìn)步受制于有限的應(yīng)用場(chǎng)景，我們也正通過(guò)與超算中心合作拓展場(chǎng)景。”郭國(guó)平表示。
截至目前，“本源悟空”已受邀成功接入3個(gè)超算中心。此前，本源量子聯(lián)合上海超級(jí)計(jì)算中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算鄭州中心和中國(guó)移動(dòng)云能力中心共同組建上線(xiàn)量超融合先進(jìn)計(jì)算平臺(tái)，并成功接入“本源悟空”量子計(jì)算機(jī)。今年4月，“本源悟空”正式入駐國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。
中國(guó)第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”。陳濤攝
當(dāng)前世界各國(guó)都在加速量子計(jì)算機(jī)與超級(jí)計(jì)算機(jī)的協(xié)同工作（稱(chēng)為“量超融合”）。“量子計(jì)算機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)就像是航母特混艦隊(duì)中的航空母艦和巡洋艦，超級(jí)計(jì)算機(jī)可以處理量子計(jì)算機(jī)不擅長(zhǎng)的工作，量子計(jì)算機(jī)可以用于加速處理復(fù)雜計(jì)算任務(wù)，兩者協(xié)同會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)戰(zhàn)力。”他說(shuō)。
郭國(guó)平說(shuō)：“未來(lái)5年，全球?qū)⑦M(jìn)入‘量-超-智’三算融合時(shí)代。量子計(jì)算、超級(jí)計(jì)算和智能計(jì)算協(xié)同完成運(yùn)算任務(wù)就是‘量-超-智融合’，如果把普通計(jì)算機(jī)比喻成一把‘步槍’，那么帶有人工智能的智能算力就是一門(mén)‘火炮’，而量子計(jì)算機(jī)就像是一枚‘導(dǎo)彈’。三者協(xié)同將是未來(lái)算力的終極形態(tài)，我們正在朝著這個(gè)方向努力。”
