·“未來(lái)3-5年內(nèi)，量子計(jì)算機(jī)可以發(fā)揮加速器價(jià)值，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)協(xié)同量子計(jì)算機(jī)將降低計(jì)算時(shí)間和成本，節(jié)能增效。未來(lái)量子計(jì)算機(jī)用于新材料開發(fā)、藥物合成具有天然優(yōu)勢(shì)，用量子世界的工具研究量子世界，比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)效率更高。”

·科研課題來(lái)自于真需求，要在工程中找到真問題，選擇更有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的課題帶入科研，從而探索出新技術(shù)的更多應(yīng)用場(chǎng)景。

在電影《流浪地球2》中，擁有超強(qiáng)算力和自我意識(shí)的量子計(jì)算機(jī)讓人驚嘆。事實(shí)上，量子計(jì)算機(jī)并非科幻。量子計(jì)算正在全球掀起一輪競(jìng)速。全球有100多家量子計(jì)算公司投入了巨大的人力物力進(jìn)行研制，加拿大的量子計(jì)算公司2011年出售了其第一個(gè)量子計(jì)算機(jī)，美國(guó)IBM公司在2019年將其商用量子計(jì)算機(jī)交付部署。合肥本源量子計(jì)算科技有限責(zé)任公司（下稱本源量子）研發(fā)的“悟源”24比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，則于2021年實(shí)現(xiàn)整機(jī)交付?？萍既?qǐng)?bào)報(bào)道稱，本源量子量子計(jì)算機(jī)的成功交付使中國(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。

用量子世界的工具研究量子世界，這是本源量子創(chuàng)始人、首席科學(xué)家郭國(guó)平希望看到的未來(lái)。除了是一名創(chuàng)業(yè)者，郭國(guó)平也是一名學(xué)者，同時(shí)擔(dān)任中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院副院長(zhǎng)。

2017年，郭國(guó)平與自己的老師，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任郭光燦帶領(lǐng)中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合創(chuàng)立了中國(guó)第一家量子計(jì)算公司——本源量子。

與量子“糾纏”20多年，郭國(guó)平見證了中國(guó)量子技術(shù)的起步與發(fā)展。他提到，20年前的量子實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)陋到只有一張桌子、一把椅子，唯一一把椅子還被坐壞了，“剛開始搞量子計(jì)算研發(fā)，我們最早一批人是‘站’著研究的。而現(xiàn)在我們成立的本源量子2022年是全球融資最多的量子計(jì)算公司。”20多年里，郭國(guó)平的目標(biāo)很明確，即研發(fā)出可供用戶交互使用的工程化量子計(jì)算機(jī)，使得我國(guó)擁有自主可控的量子計(jì)算能力。

新年伊始，郭國(guó)平在接受澎湃科技（www.school126.cn）采訪時(shí)表示，接下來(lái)的3-5年內(nèi)，量子計(jì)算將發(fā)揮加速器價(jià)值，在人類實(shí)際生產(chǎn)生活中產(chǎn)生看得見的效益。

量子計(jì)算是什么？

在高性能計(jì)算中，摩爾定律受制于物理極限，芯片發(fā)熱消耗大量能量散熱，因此亟需新的計(jì)算模式出現(xiàn)。量子計(jì)算作為一種新的計(jì)算模式，在理論上被證明具有巨大潛力。相對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用的二進(jìn)制數(shù)字0或1，量子計(jì)算機(jī)使用的量子比特以一種0和1復(fù)雜混合的量子態(tài)表示和存儲(chǔ)信息。量子計(jì)算利用諸如疊加和糾纏等量子現(xiàn)象進(jìn)行計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)典計(jì)算技術(shù)無(wú)法比擬的巨大信息攜帶量和超強(qiáng)并行計(jì)算處理能力。

從1982年美國(guó)物理學(xué)家理查德?費(fèi)曼（Richard Feynman）提出量子計(jì)算的早期概念至今，量子計(jì)算研發(fā)已超過(guò)40年。目前，國(guó)際學(xué)術(shù)界量子計(jì)算領(lǐng)域的主流技術(shù)路線有超導(dǎo)、半導(dǎo)體、離子阱、光學(xué)和量子拓?fù)洌琁BM和谷歌聚焦超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，其中IBM計(jì)劃2025年推出超4000個(gè)量子比特的系統(tǒng)；英特爾主推CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）工藝；本源量子則同時(shí)布局超導(dǎo)量子技術(shù)與半導(dǎo)體量子點(diǎn)技術(shù)。每條路線有各自的優(yōu)劣勢(shì)，當(dāng)前尚無(wú)任何一條路線能夠完全滿足實(shí)用化條件要求從而推動(dòng)技術(shù)方案的融合收斂。

據(jù)介紹，半導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于，與經(jīng)典計(jì)算機(jī)的半導(dǎo)體芯片工藝相兼容，未來(lái)更有希望實(shí)現(xiàn)芯片的大規(guī)模量子比特?cái)U(kuò)展。“如果說(shuō)半導(dǎo)體路線的工藝、設(shè)備、人才與量子計(jì)算的兼容性有80%，那么與超導(dǎo)的兼容性則有50%-60%。這也是超導(dǎo)和半導(dǎo)體技術(shù)路線關(guān)注度更高的原因。但從科學(xué)上來(lái)說(shuō)，從業(yè)者并不能確定這兩條路中哪一條是唯一選項(xiàng)。”郭國(guó)平表示。

2019年，谷歌用一塊53量子比特的超導(dǎo)量子芯片實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越性，證明在某一特定問題上量子計(jì)算機(jī)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的能力?！肮雀璧牧孔影詸?quán)解決的是一個(gè)數(shù)學(xué)問題，并不直接對(duì)應(yīng)到實(shí)際生產(chǎn)生活中的具體問題，所以目前不能說(shuō)量子計(jì)算已經(jīng)在人類的生產(chǎn)生活中直接發(fā)揮了價(jià)值?！惫鶉?guó)平表示，接下來(lái)的3-5年內(nèi)，量子計(jì)算將會(huì)在人類實(shí)際生產(chǎn)生活中產(chǎn)生看得見的效益，“它至少可以發(fā)揮加速器的價(jià)值，大幅降低計(jì)算時(shí)間和成本，節(jié)能增效。比如用10臺(tái)傳統(tǒng)超算計(jì)算一個(gè)問題需要一個(gè)月，如果疊加一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，計(jì)算時(shí)間可能會(huì)縮減至3-7天，加速器的作用不是替代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，而是讓傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)算得更快?！?/p>

放眼更遠(yuǎn)的未來(lái)，量子計(jì)算機(jī)在新材料開發(fā)、藥物合成等應(yīng)用領(lǐng)域具有天然優(yōu)勢(shì)。新材料、大分子藥物的構(gòu)建是原子尺度的相互作用，也是量子力學(xué)的描述范圍。在這些領(lǐng)域，傳統(tǒng)操作是將問題轉(zhuǎn)換成數(shù)字化問題由經(jīng)典計(jì)算機(jī)模擬，量子計(jì)算則無(wú)需這一過(guò)程，“用量子世界的工具研究比轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的模式會(huì)更快捷?！惫鶉?guó)平表示。

“逼上梁山”賣房創(chuàng)業(yè)

從理論到實(shí)際應(yīng)用，說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，但要真正實(shí)現(xiàn)，中間需要跨越重重阻礙。

量子計(jì)算機(jī)中的量子芯片相當(dāng)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的CPU（中央處理器）。自2010年開始，郭國(guó)平作為首席科學(xué)家連續(xù)承擔(dān)973國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（Ａ類）固態(tài)量子芯片項(xiàng)目和半導(dǎo)體量子芯片項(xiàng)目，在實(shí)用化量子計(jì)算特別是量子芯片、量子測(cè)控儀器儀表、量子軟件、量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和量子云計(jì)算領(lǐng)域取得重要成果。

1996年，郭國(guó)平考入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)外語(yǔ)系，后因?qū)ξ锢砀信d趣轉(zhuǎn)入了物理系，并在大二時(shí)，接觸到著名量子信息學(xué)家郭光燦的量子研究團(tuán)隊(duì)，在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)一路念到博士，畢業(yè)后留校任教。

郭國(guó)平碩博期間起初從事的是量子保密通信及量子信息器件研究工作，但隨后發(fā)現(xiàn)國(guó)外頂級(jí)高校都在從事半導(dǎo)體量子計(jì)算方面的研究，而中國(guó)在這一領(lǐng)域幾乎空白。于是他和導(dǎo)師商量，換道量子計(jì)算，研究半導(dǎo)體量子芯片。然而，量子計(jì)算是一條更難走的路，論文也難發(fā)，這個(gè)決定讓當(dāng)時(shí)的郭國(guó)平被外界認(rèn)為是“愣頭青”的行為。

十年耕耘后，郭國(guó)平發(fā)現(xiàn)，量子計(jì)算已經(jīng)從純粹的科學(xué)研究發(fā)展到了科學(xué)研究與工程技術(shù)并重的階段，國(guó)外企業(yè)有了工程技術(shù)的加持，量子計(jì)算研究進(jìn)展飛速。如果國(guó)內(nèi)只依賴于高校研究團(tuán)隊(duì)，工程技術(shù)發(fā)育不足，將無(wú)法適應(yīng)量子計(jì)算技術(shù)的前沿趨勢(shì)。

2015年，郭國(guó)平團(tuán)隊(duì)將國(guó)內(nèi)知名的芯片企業(yè)邀請(qǐng)到實(shí)驗(yàn)室，商討合作開發(fā)量子計(jì)算機(jī)。但量子計(jì)算是一個(gè)前沿研究，即便經(jīng)歷10-15年也無(wú)法確定它的未來(lái)，為此企業(yè)不愿意投入。鑒于量子計(jì)算研究的工程技術(shù)需求越來(lái)越迫切，只剩下“自己干”一條路。

2017年，郭光燦院士與郭國(guó)平帶領(lǐng)中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合創(chuàng)立本源量子。郭國(guó)平形容這次創(chuàng)業(yè)是“逼上梁山”，目標(biāo)是研發(fā)出一臺(tái)可供用戶交互使用的工程化量子計(jì)算機(jī)，使得中國(guó)擁有自主可控的量子計(jì)算能力，壓根沒想過(guò)賺錢的問題，公司初創(chuàng)時(shí)遭遇資金匱乏，郭國(guó)平為了保住公司賣掉了自己的一套房子。

建立中國(guó)量子計(jì)算生態(tài)

從成立之初，本源量子全棧研制開發(fā)量子計(jì)算，圍繞量子芯片、量子計(jì)算測(cè)控一體機(jī)、量子操作系統(tǒng)、量子軟件、量子計(jì)算云平臺(tái)和量子計(jì)算科普教育核心業(yè)務(wù)，系統(tǒng)布局量子計(jì)算生產(chǎn)制造鏈、應(yīng)用生態(tài)鏈和教育培訓(xùn)科普鏈，已先后推出第一代6比特超導(dǎo)量子芯片夸父KF-C6-130、 第一代24比特超導(dǎo)量子芯片夸父KF-C24-100、第二代硅基自旋2比特量子芯片玄微XW-S2-200等。尤其是其布局的半導(dǎo)體量子點(diǎn)技術(shù)路線，中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是國(guó)內(nèi)唯一進(jìn)行該技術(shù)研發(fā)的單位。本源量子已研發(fā)出“悟源”24比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，2021年實(shí)現(xiàn)整機(jī)交付。能力更強(qiáng)的“悟空”量子計(jì)算機(jī)即將面世，為“悟空”配套的量子芯片“悟空芯”正在緊鑼密鼓生產(chǎn)。

創(chuàng)業(yè)后的郭國(guó)平發(fā)現(xiàn)，科學(xué)研究和工程技術(shù)是量子計(jì)算“木桶”上兩塊重要的木板，但并非全部。

“說(shuō)到底，量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)工具，要到用戶手里去，而不是停留在論文上或匯報(bào)中。現(xiàn)在越來(lái)越多的用戶在使用幾大國(guó)際巨頭的量子計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、操作系統(tǒng)，甚至養(yǎng)成了習(xí)慣。就像我們習(xí)慣使用Windows系統(tǒng)一樣。一旦習(xí)慣養(yǎng)成，再替換國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)將非常艱難?！惫鶉?guó)平表示，量子計(jì)算的科學(xué)研究上，中國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平差距越來(lái)越小，有的領(lǐng)域甚至可以并跑、領(lǐng)跑，但在工程技術(shù)上，由于國(guó)外起步更早，最近5-10年在生物醫(yī)藥、金融、化學(xué)等各行各業(yè)落地，導(dǎo)致差距在拉大。

眼下，量子計(jì)算已經(jīng)從追求量子比特?cái)?shù)、性能發(fā)展到了性能提升、生態(tài)建設(shè)、習(xí)慣培養(yǎng)、應(yīng)用拓展并重的階段。郭國(guó)平非常希望有更多人參與到量子芯片、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、云的研發(fā)和應(yīng)用中，幫助量子計(jì)算機(jī)迭代，建立中國(guó)量子計(jì)算的生態(tài)。

2018年，本源量子牽頭成立了國(guó)內(nèi)首個(gè)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟“本源量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，與量子計(jì)算上下游行業(yè)伙伴構(gòu)建量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。在生態(tài)應(yīng)用鏈上，金融業(yè)的企業(yè)機(jī)構(gòu)占比近30%。上海市浦東新區(qū)改革與發(fā)展研究院金融研究室主任劉斌表示，未來(lái)量子計(jì)算在金融領(lǐng)域會(huì)有很多應(yīng)用場(chǎng)景，量子計(jì)算會(huì)提升金融機(jī)構(gòu)處理數(shù)據(jù)的能力，提高金融業(yè)智能化水平；另一方面，量子計(jì)算會(huì)提高金融機(jī)構(gòu)的風(fēng)控能力，在反洗錢、反欺詐、授信審批、資產(chǎn)組合管理、金融市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理等方面獲得廣泛應(yīng)用。

科研課題要來(lái)自真需求

“從科學(xué)研究到技術(shù)，從技術(shù)到產(chǎn)品，從產(chǎn)品到商品，商品要讓用戶滿意，產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要專業(yè)人才?！惫鶉?guó)平說(shuō)，創(chuàng)業(yè)者容易過(guò)于驕傲和自信，只有清醒認(rèn)識(shí)到自己的缺點(diǎn)，才能包容和接受不同人才，組建理念相似、各有所長(zhǎng)、彼此理解的團(tuán)隊(duì)，長(zhǎng)期攻堅(jiān)?！澳呐掳l(fā)現(xiàn)他有其他訴求或不同理念，也能理解別人選擇離開。”

科研和創(chuàng)業(yè)的雙重背景也在幫助教研相長(zhǎng)，了解真實(shí)的應(yīng)用需求，才能反哺量子計(jì)算開發(fā)。郭國(guó)平表示，科研課題來(lái)自于真需求，要在工程中找到真問題，選擇更有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的課題帶入科研，從而探索出新技術(shù)的更多應(yīng)用場(chǎng)景。

量子芯片在零下270攝氏度工作，主板在室溫中工作，如何聯(lián)通兩者信號(hào)既是工程問題也是科學(xué)問題?！斑@就提出了低溫電子學(xué)的新課題。從量子計(jì)算機(jī)的實(shí)際需求出發(fā)，找到一個(gè)真問題，如果能解決這個(gè)問題，就不光能為量子計(jì)算機(jī)服務(wù)，還可以用于外太空，比如衛(wèi)星不需要保溫，就降低了能量需求，月球車也不需要休眠了?！?/p>

郭國(guó)平也告訴自己的學(xué)生，英雄走窄門，要做10年甚至50年以后重要的事，這比短期掙錢拿高薪更有意義。