大國，要有大算力——記民革安徽省委會副主委、中科院量子信息重點實驗室副主任郭國平     楊夏    2023年07月25日16:27

【人物名片】

郭國平，第十四屆全國人大代表，中科院量子信息重點實驗室副主任，中國科學技術大學教授，民革安徽省委會副主委。

量子計算能做什么？大多數人并不了解。

在一些特定問題上，量子計算機已被證明可以擁有超強算力。

如果說普通計算機相當于一把“算盤”，那么量子計算機就是一種超級“工業加速器”。

二十多年來，郭國平一直從事量子計算研究，為造出中國人自己的量子計算機不懈努力著。

“8013”

“二十年前，我們這群人‘站’在桌子前開始中國量子計算研究的第一步。”郭國平如是說，“唯一的一把椅子被坐垮了，我們只有‘站’著搞研究”。

在中國科學技術大學一間編號為“8013”的閑置教室里，6個愛好量子計算的青年，開始探索如何在現實中造出中國的量子計算機……

在經典計算機里，計算機使用“0”和“1”進行信息存儲與處理，一個比特如一個普通開關，或0或1。量子計算機則完全不同，由于量子糾纏與疊加，一個“量子開關”可以同時代表0和1，稱之為量子比特。

一個含有n個比特的經典存儲器可以存儲2n個可能數據當中的任意一個，如果是量子存儲器，則可以同時存儲2n個數，相當于2n個經典計算機的CPU同時工作。每增加一個量子比特，量子計算機的運算能力將以指數倍增加。一旦量子比特數達到50以上，它就能在處理某些特定問題時展現超越超級計算機的運算能力。

擁有可實際使用的量子計算機，意味著擁有指數級增長的更快產品研發速度、更大協同能力。

“大國，一定要有大算力！量子計算機可以解決很多經典計算機難以解決的問題，這對國家來講太重要了。”那時候，才20多歲的郭國平已經感受到美國在量子計算上開始發力，他意識到中國的量子計算研究就算再艱難也必須立刻起步，否則未來會受到他國的量子威懾。

憑著這股勇氣，沒有實驗室，他和同伴們就找了一間閑置教室當實驗室，教室編號就是8013；沒有經費，就以個人的名義去借；唯一的椅子坐塌了，舍不得花錢去買，卻寧愿每天花好幾千元去買做實驗必須用的液氦……

2009年，郭國平團隊在國內實驗復現了經典的量子霍爾效應，從而掌握了半導體納米器件極低溫、極弱信號測量技術，為量子芯片和量子計算的后續研制，打下了重要的技術基礎。此后一步一個腳印，逐步奠定了中國量子計算機的基石。

“為國守賽道”

研究量子計算機是一個系統工程，芯片設計、納米加工、檢測、數據分析，還有軟件編程，涉及物理、微電子、機械、軟件等多個學科，都要從頭干起。

“現在站在這四臺量子計算機面前，回憶起二十年前的艱苦奮斗，真是感慨不已。”郭國平提到，在老一輩革命家和科學家的言傳身教影響下，他一直不忘初心、牢記使命，堅信要用過硬的科學技術來報效祖國。

連續十四年，每一年的“五一”勞動節，郭國平都會進實驗室。

“我們有兩個研究平臺，都需要零下270攝氏度左右的運行環境。營造這樣的極低溫環境，一天需要消耗20多升液氦，而液氦又很貴，100多塊錢一升。”郭國平算了筆賬，“如果一天什么都不干的話就相當于白白扔掉五六千塊錢。”如果關掉幾天再重啟，更是要浪費幾萬元。這對于郭國平團隊來說，無異于是巨大資源的耗費。

“所以這些年，我們實驗室的人員基本上全年無休，兩班倒，保證設備24小時運行。”芯片制作也是一樣，從切割硅基板到做出芯片，一切順利的話，一個流程得三四天。“我們常常在密閉的超凈間里一待就是十幾個小時，大多數時間都是站著。”郭國平介紹說，制作好的芯片還需要再經過一道工序才可以拿來作為樣品測試。“測試芯片需要在長寬不到一厘米的芯片板上，焊上50根線。這個過程通常要花費1個多小時。”

正是有了這些堅定不移的“為國守賽道”的量子青年們，才一步步壘起中國量子計算的實驗與工程化研究。

從2012年到2017年，郭國平團隊先后完成了基于半導體的單比特、兩比特、三比特量子計算，實現了國內零的突破。

2017年，郭國平團隊成立中國第一家量子計算公司——本源量子。

這些年，團隊始終保持在國際量子計算“第一方陣”：量子計算專利數目前排名全國第一、全球第六，成功研發我國首套量子計算測控和操作系統……

而這一切都是源自“造出中國人自己的量子計算機軟硬件”的目標，讓中國在量子計算機時代不再受制于西方。

“萬里長征”的每一小步

2022年的中央經濟工作會議首次明確提出加快量子計算技術研發和應用推廣。“近十年來，正是國家和學校的大力支持，才能讓我們逐步縮小與國際領先技術的差距。”郭國平欣慰地說。

到目前，郭國平團隊已研發出多臺中國量子計算機，并在2021年成功交付一臺量子計算機給用戶使用。

據公開報道，該量子計算機的成功交付使我國成為世界上第三個具備量子計算機整機交付能力的國家，這是我國繼實現“量子優越性”之后，又一次牢固確立在國際量子計算研究領域的領先地位。

在明確的需求牽引下，郭國平團隊也完成了很多“卡脖子”難題的攻克。

2022年，郭國平團隊研發的國內首條量子芯片生產線開始投入運營。

在這一年多的時間，這條生產線陸續導入了24臺量子芯片生產相關的工藝設備，孵化出了3套自研的量子芯片專用設備，生產了1500多個批次流片試制的產品，交付了多個批次的量子芯片以及量子放大器等產品。

“在這條量子芯片生產線上生產出來的一塊塊量子芯片，可以讓中國不再有硅基芯片這般被人卡脖子的痛苦。”郭國平說。

國內首條量子芯片生產線對面，是四臺國產量子計算機一字排開……

量子計算機從實驗室走向工程化涉及諸多難題，“大到設備，小到元器件，都是我們必須面對和解決的問題。我們目前取得的成績，都只是‘萬里長征’走出的一小步。”郭國平說。

團隊在2018年成立的中國首個量子計算產業聯盟，經過5年多的發展，聯盟成員數已經突破80家。“希望有更多人參與進來”，郭國平表示，量子計算產業的整體繁榮，不能只靠某一家或幾家機構，“從技術突破到規模量產、落地應用、市場擴張，需要漫長的周期和產業鏈上下游的合力。”

“以量子計算機的研發為例，需要多種學科、不同產業方向的融合協作。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發效率。”

從“8013”的“一把舊椅子”起步，到如今的量子計算機整機交付，這趟“長征”的每一小步都尤為重要。

大國要有算力。為做好這件事，郭國平還繼續奮斗在路上。