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科学家郭国平:为中国“量子算力”奋斗

新华网 2021-01-27 作者:代群、徐海涛、陈诺

  单比特、两比特、三比特、六比特……比特数增长的每一步,对中国科学技术大学教授、国家重大研究计划“半导体量子芯片”首席科学家郭国平与团队来说,都是量子计算研究领域的一大步。他们多年追逐量子中国梦,实现零的突破,跟上国际先进科研机构的节奏。

  郭国平说,研究量子计算就像“用一个一个原子垒起一座金字塔”一样难,但为了中国早日有“量子算力”,他愿为此奋斗终生。

  一位“科技青年”的报国理想 

  在蒸汽机时代,马力就是国力;在信息时代,算力就是国力。

  中国,一定要有自己的“量子算力”!15年前,一位在国内接触量子算力的大学生开始萌发心中的理想。

  1977年出生的郭国平是江西南昌人,1996年考入中科大。在这里,他接触到著名量子信息学家郭光灿的研究团队,开始学习量子光学,从事量子通信及量子信息器件研究。

  2005年,郭国平因为量子通信科研成果获得中科院院长特别奖,同年获得中科大博士学位并留校。但是,他做出了一个“很傻”的决定,放弃已经做得风生水起的量子通信研究,改做量子计算。

  20世纪80年代,诺贝尔奖获得者理查德·费曼等人提出构想,基于两个奇特的量子特性——量子叠加和量子纠缠构建“量子计算”。相较于电子计算机,量子计算机理论上的运算能力将有几何级数的增长,被认为是下一代信息革命的关键动力。

  “那时候我被认为是‘愣头青’。量子计算当时在国内的基础近乎空白,与先发国家差距巨大,研究很花钱,又难出论文。”郭国平说,他愿做“愣头青”,因为“这个东西对国家太重要了”。

  从芯片设计到纳米加工、检测、软件编程,量子计算机涉及物理、机械、软件等多个学科。在导师支持下,郭国平建立了半导体量子芯片研究组,竞争国际量子计算的制高点。

  经过艰苦努力,研究组在国内首次实验实现了量子霍尔效应,并先后实现了基于半导体的单比特、两比特、三比特量子计算。

  为国之算力聚集量子团队 

  近年来,量子计算研究进展迅速,但产业发展刚起步。“由于缺乏对口的企业,我们早期毕业的博士生可谓‘毕业就失业’。”郭国平的第一个博士生张辉说,他毕业后在上海从事金融相关的工作。

  人才的流失、产业的缺位,让郭国平坐不住了。

  2017年,40岁的郭国平驶上了又一段人生新航道,在实验室里二次创业办起公司——合肥本源量子计算科技有限责任公司。“本源量子”寓意“量子技术追溯科技本源”。

  “本源创立之初就是肩负国家使命和个人的情怀理想。我们希望在量子计算上,能够为国家抢到足够多的核心专利,让中国能够在全球量子计算科研领域占有一席之地,能够紧跟国际领先的科技步伐。”郭国平说。

  公司初创期间,资金匮乏时,郭国平卖掉自己的一套房子保住公司;公司走上正轨后,郭国平名下股份估值近亿元人民币,他将这些股份无偿分给研发团队的年轻人。

  如同一颗磁石,本源吸引来了投资,更吸引了一批与张辉一样的量子专业毕业生回归。团队从2017年的10余人,到如今的上百人,研发人员占比超过75%,研究生学历人才超40%。

  “人才是本源量子最大的优势,也是量子计算领域最重要的资源。量子力学有两个概念叫‘纠缠’和‘相干’,我跟学生说,你们现在散落在全球各个地方,有一天我们会‘再纠缠,永相干’,希望你们都能‘若有战,召必回’。”郭国平说。

  去年9月,在郭国平带领下,团队自主研发六比特超导量子计算云平台正式上线,全球用户可以在线体验来自中国的量子计算服务。

  永不言弃 

  切割硅基板、在长宽不到一厘米的芯片板上焊线、芯片样品检测分析……出自郭国平团队之手的第一代超导量子芯片被命名为“夸父”。逐梦的故事每天都在上演。

  这几年,哪怕是节假日,郭国平不是在实验室,就是在去往实验室的路上。在他看来,如今每一分每一秒都弥足珍贵。目前,世界多国在研制量子计算机,这是一条无形的赛道,都在朝着实现通用型量子计算机的目标努力。

  合力,此时显得尤为迫切。郭国平告诉记者,量子计算机的研发,需要多种不同学科、不同产业方向的融合协作,全社会的共同努力。只有越来越多不同行业的企业加入研发,才能让量子计算有更多应用场景,从而极大地推动量子计算机的研制效率。基于这一初衷,本源量子构建了量子计算产业联盟,与金融、生物制药、化学材料、人工智能等产业开展合作。

  “我相信,量子计算最终可以服务于我们的衣、食、住、行、医。”谈及未来,郭国平眼里有光:量子计算能够扩展科学界对分子结构和特性进行模拟的能力,有望为新一代药物和疫苗研发、新材料的设计、智能制造等模拟设计提供更强大的工具。

  目前,他们已在研发下一代超导量子芯片与量子计算机控制系统,预计今年推出第二代20比特的“悟源”超导量子计算机,未来两年内实现50比特到100比特的量子计算机。

  “我们目前取得的成绩,只是‘万里长征’走出的一小步。”郭国平说。“但是,正如蒸汽机第一次被装在马车上,谁能想到它孕育着改变世界的力量。”

责任编辑:王超

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