科學家郭國平:為中國“量子算力”奮鬥
2021年01月26日21:59

新華社合肥1月26日電 題:科學家郭國平:為中國“量子算力”奮鬥

新華社記者代群、徐海濤、陳諾

單比特、兩比特、三比特、六比特……比特數增長的每一步,對中國科學技術大學教授、國家重大研究計劃“半導體量子芯片”首席科學家郭國平與團隊來說,都是量子計算研究領域的一大步。他們多年追逐量子中國夢,實現零的突破,跟上國際先進科研機構的節奏。

郭國平說,研究量子計算就像“用一個一個原子壘起一座金字塔”一樣難,但為了中國早日有“量子算力”,他願為此奮鬥終生。

一位“科技青年”的報國理想

在蒸汽機時代,馬力就是國力;在信息時代,算力就是國力。

中國,一定要有自己的“量子算力”!15年前,一位在國內接觸量子算力的大學生開始萌發心中的理想。

1977年出生的郭國平是江西南昌人,1996年考入中科大。在這裏,他接觸到著名量子信息學家郭光燦的研究團隊,開始學習量子光學,從事量子通信及量子信息器件研究。

2005年,郭國平因為量子通信科研成果獲得中科院院長特別獎,同年獲得中科大博士學位並留校。但是,他做出了一個“很傻”的決定,放棄已經做得風生水起的量子通信研究,改做量子計算。

20世紀80年代,諾貝爾獎獲得者理查德·費曼等人提出構想,基於兩個奇特的量子特性——量子疊加和量子糾纏構建“量子計算”。相較於電子計算機,量子計算機理論上的運算能力將有幾何級數的增長,被認為是下一代信息革命的關鍵動力。

“那時候我被認為是‘愣頭青’。量子計算當時在國內的基礎近乎空白,與先發國家差距巨大,研究很花錢,又難出論文。”郭國平說,他願做“愣頭青”,因為“這個東西對國家太重要了”。

從芯片設計到納米加工、檢測、軟件編程,量子計算機涉及物理、機械、軟件等多個學科。在導師支援下,郭國平建立了半導體量子芯片研究組,競爭國際量子計算的製高點。

經過艱苦努力,研究組在國內首次實驗實現了量子霍爾效應,並先後實現了基於半導體的單比特、兩比特、三比特量子計算。

為國之算力聚集量子團隊

近年來,量子計算研究進展迅速,但產業發展剛起步。“由於缺乏對口的企業,我們早期畢業的博士生可謂‘畢業就失業’。”郭國平的第一個博士生張輝說,他畢業後在上海從事金融相關的工作。

人才的流失、產業的缺位,讓郭國平坐不住了。

2017年,40歲的郭國平駛上了又一段人生新航道,在實驗室里二次創業辦起公司——合肥本源量子計算科技有限責任公司。“本源量子”寓意“量子技術追溯科技本源”。

“本源創立之初就是肩負國家使命和個人的情懷理想。我們希望在量子計算上,能夠為國家搶到足夠多的核心專利,讓中國能夠在全球量子計算科研領域占有一席之地,能夠緊跟國際領先的科技步伐。”郭國平說。

公司初創期間,資金匱乏時,郭國平賣掉自己的一套房子保住公司;公司走上正軌後,郭國平名下股份估值近億元人民幣,他將這些股份無償分給研發團隊的年輕人。

如同一顆磁石,本源吸引來了投資,更吸引了一批與張輝一樣的量子專業畢業生回歸。團隊從2017年的10餘人,到如今的上百人,研發人員佔比超過75%,研究生學曆人才超40%。

“人才是本源量子最大的優勢,也是量子計算領域最重要的資源。量子力學有兩個概念叫‘糾纏’和‘相干’,我跟學生說,你們現在散落在全球各個地方,有一天我們會‘再糾纏,永相干’,希望你們都能‘若有戰,召必回’。”郭國平說。

去年9月,在郭國平帶領下,團隊自主研發六比特超導量子計算雲平台正式上線,全球用戶可以在線體驗來自中國的量子計算服務。

永不言棄

切割矽基板、在長寬不到一釐米的芯片板上焊線、芯片樣品檢測分析……出自郭國平團隊之手的第一代超導量子芯片被命名為“夸父”。逐夢的故事每天都在上演。

這幾年,哪怕是節假日,郭國平不是在實驗室,就是在去往實驗室的路上。在他看來,如今每一分每一秒都彌足珍貴。目前,世界多國在研製量子計算機,這是一條無形的賽道,都在朝著實現通用型量子計算機的目標努力。

合力,此時顯得尤為迫切。郭國平告訴記者,量子計算機的研發,需要多種不同學科、不同產業方向的融合協作,全社會的共同努力。只有越來越多不同行業的企業加入研發,才能讓量子計算有更多應用場景,從而極大地推動量子計算機的研製效率。基於這一初衷,本源量子構建了量子計算產業聯盟,與金融、生物製藥、化學材料、人工智能等產業開展合作。

“我相信,量子計算最終可以服務於我們的衣、食、住、行、醫。”談及未來,郭國平眼裡有光:量子計算能夠擴展科學界對分子結構和特性進行模擬的能力,有望為新一代藥物和疫苗研發、新材料的設計、智能製造等模擬設計提供更強大的工具。

目前,他們已在研發下一代超導量子芯片與量子計算機控制系統,預計今年推出第二代20比特的“悟源”超導量子計算機,未來兩年內實現50比特到100比特的量子計算機。

“我們目前取得的成績,只是‘萬里長征’走出的一小步。”郭國平說。“但是,正如蒸汽機第一次被裝在馬車上,誰能想到它孕育著改變世界的力量。”

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