【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(diǎn)實(shí)驗室副主任，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，民革安徽省委會副主委。

量子計算能做什么？大多數(shù)人并不了解。

在一些特定問題上，量子計算機(jī)已被證明可以擁有超強(qiáng)算力。

如果說普通計算機(jī)相當(dāng)于一把“算盤”，那么量子計算機(jī)就是一種超級“工業(yè)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(jī)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(xué)技術(shù)大學(xué)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(xiàn)實(shí)中造出中國的量子計算機(jī)……

在經(jīng)典計算機(jī)里，計算機(jī)使用“0”和“1”進(jìn)行信息存儲與處理，一個比特如一個普通開關(guān)，或0或1。量子計算機(jī)則完全不同，由于量子糾纏與疊加，一個“量子開關(guān)”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(jīng)典存儲器可以存儲2n個可能數(shù)據(jù)當(dāng)中的任意一個，如果是量子存儲器，則可以同時存儲2n個數(shù)，相當(dāng)于2n個經(jīng)典計算機(jī)的CPU同時工作。每增加一個量子比特，量子計算機(jī)的運(yùn)算能力將以指數(shù)倍增加。一旦量子比特數(shù)達(dá)到50以上，它就能在處理某些特定問題時展現(xiàn)超越超級計算機(jī)的運(yùn)算能力。

擁有可實(shí)際使用的量子計算機(jī)，意味著擁有指數(shù)級增長的更快產(chǎn)品研發(fā)速度、更大協(xié)同能力。

“大國，一定要有大算力！量子計算機(jī)可以解決很多經(jīng)典計算機(jī)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(jīng)感受到美國在量子計算上開始發(fā)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(shí)驗室，他和同伴們就找了一間閑置教室當(dāng)實(shí)驗室，教室編號就是8013；沒有經(jīng)費(fèi)，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(shí)驗必須用的液氦……

2009年，郭國平團(tuán)隊在國內(nèi)實(shí)驗復(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、極弱信號測量技術(shù)，為量子芯片和量子計算的后續(xù)研制，打下了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。此后一步一個腳印，逐步奠定了中國量子計算機(jī)的基石。

“為國守賽道”

研究量子計算機(jī)是一個系統(tǒng)工程，芯片設(shè)計、納米加工、檢測、數(shù)據(jù)分析，還有軟件編程，涉及物理、微電子、機(jī)械、軟件等多個學(xué)科，都要從頭干起。

“現(xiàn)在站在這四臺量子計算機(jī)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(xué)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(xué)技術(shù)來報效祖國。

連續(xù)十四年，每一年的“五一”勞動節(jié)，郭國平都會進(jìn)實(shí)驗室。

“我們有兩個研究平臺，都需要零下270攝氏度左右的運(yùn)行環(huán)境。營造這樣的極低溫環(huán)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(dāng)于白白扔掉五六千塊錢。”如果關(guān)掉幾天再重啟，更是要浪費(fèi)幾萬元。這對于郭國平團(tuán)隊來說，無異于是巨大資源的耗費(fèi)。

“所以這些年，我們實(shí)驗室的人員基本上全年無休，兩班倒，保證設(shè)備24小時運(yùn)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(shù)時間都是站著。”郭國平介紹說，制作好的芯片還需要再經(jīng)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(fèi)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(shí)驗與工程化研究。

從2012年到2017年，郭國平團(tuán)隊先后完成了基于半導(dǎo)體的單比特、兩比特、三比特量子計算，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)零的突破。

2017年，郭國平團(tuán)隊成立中國第一家量子計算公司——本源量子。

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

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

“萬里長征”的每一小步

2022年的中央經(jīng)濟(jì)工作會議首次明確提出加快量子計算技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣。“近十年來，正是國家和學(xué)校的大力支持，才能讓我們逐步縮小與國際領(lǐng)先技術(shù)的差距。”郭國平欣慰地說。

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

據(jù)公開報道，該量子計算機(jī)的成功交付使我國成為世界上第三個具備量子計算機(jī)整機(jī)交付能力的國家，這是我國繼實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”之后，又一次牢固確立在國際量子計算研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

在明確的需求牽引下，郭國平團(tuán)隊也完成了很多“卡脖子”難題的攻克。

2022年，郭國平團(tuán)隊研發(fā)的國內(nèi)首條量子芯片生產(chǎn)線開始投入運(yùn)營。

在這一年多的時間，這條生產(chǎn)線陸續(xù)導(dǎo)入了24臺量子芯片生產(chǎn)相關(guān)的工藝設(shè)備，孵化出了3套自研的量子芯片專用設(shè)備，生產(chǎn)了1500多個批次流片試制的產(chǎn)品，交付了多個批次的量子芯片以及量子放大器等產(chǎn)品。

“在這條量子芯片生產(chǎn)線上生產(chǎn)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(nèi)首條量子芯片生產(chǎn)線對面，是四臺國產(chǎn)量子計算機(jī)一字排開……

量子計算機(jī)從實(shí)驗室走向工程化涉及諸多難題，“大到設(shè)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(tuán)隊在2018年成立的中國首個量子計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，經(jīng)過5年多的發(fā)展，聯(lián)盟成員數(shù)已經(jīng)突破80家。“希望有更多人參與進(jìn)來”，郭國平表示，量子計算產(chǎn)業(yè)的整體繁榮，不能只靠某一家或幾家機(jī)構(gòu)，“從技術(shù)突破到規(guī)模量產(chǎn)、落地應(yīng)用、市場擴(kuò)張，需要漫長的周期和產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合力。”

“以量子計算機(jī)的研發(fā)為例，需要多種學(xué)科、不同產(chǎn)業(yè)方向的融合協(xié)作。只有越來越多不同行業(yè)的企業(yè)加入研發(fā)，才能讓量子計算有更多應(yīng)用場景，從而極大地推動量子計算機(jī)的研發(fā)效率。”

從“8013”的“一把舊椅子”起步，到如今的量子計算機(jī)整機(jī)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(xù)奮斗在路上。