三代科學家接力，如今我國擁有大算力！

原文轉自科技日報

科技日報記者 吳長鋒 洪敬譜

“短短3個月內，‘本源悟空’已經吸引了全球117個國家共計511萬人次的遠程訪問，完成了約16.9萬個全球量子計算任務！”日前在接受科技日報記者采訪時，中國科學院量子信息重點實驗室副主任、中國科學技術大學教授郭國平興奮地說。

2024年1月6日，我國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”上線運行，并向全球用戶限時免費開放。

這是中國量子算力首次大規(guī)模、長時間向全球開放，標志著我國正式進入量子算力“可用”時代，也意味著中國自主超導量子計算機制造鏈已然“成鏈”。

圖為中國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”。

三代科學家接力

中國量子計算機的起步，可以追溯到26年前。

“1998年，我正在籌辦‘量子通信和量子計算’香山科學會議。為了擴大會議影響，想邀請一位‘大人物’來主持會議。”中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦向記者回憶。

這位“大人物”，就是“兩彈一星”元勛錢學森。

在致錢學森的信中，郭光燦大膽建議“要拿出當年搞‘兩彈一星’的精神來搞量子信息”，并熱切邀請錢學森主持會議。

沒多久，郭光燦就收到了錢學森的回信。錢學森高度贊同他的觀點，認為“我國應集全國力量攻克量子信息系統(tǒng)的技術問題”。

盡管錢學森因身體狀況未能參會，但他的支持，如曙光一般照亮了中國量子科學研究的前程。

從那時起，郭光燦開始申請相關研究項目。2001年，他獲得了我國首個量子信息領域的國家級重大項目資助。

時間來到2010年，郭光燦的學生郭國平接過接力棒，擔任了“固態(tài)量子芯片研究”重大專項首席科學家。2013年，郭國平帶領團隊，在“一個電子”上實現(xiàn)了10皮秒級的量子邏輯門運算，將原世界紀錄提高近百倍，為基于半導體材料的量子計算機研究打下堅實基礎。

2017年，郭國平領銜創(chuàng)辦了國內首家量子計算機產業(yè)化企業(yè)——本源量子計算科技（合肥）股份有限公司（以下簡稱“本源量子”）。

量子計算機因其強大的計算能力和廣泛的應用前景，被視為未來的超級“工業(yè)加速器”。2023年，谷歌做了一項對比測試，結果表明：完成相同的計算任務，量子計算機用時3分鐘以內，而最快的超級計算機約需50年。

今年初，本源量子推出搭載72位自主超導量子芯片的量子計算機——“本源悟空”。取名“悟空”，寓意著其擁有“72變”的強大算力。

圖為中國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”。

每一項研發(fā)都從零做起

“超導量子計算機產業(yè)鏈有3個關鍵點，芯片、硬件、軟件?！惫鶉秸f。

為了造出中國自主的量子計算機，本源量子建設了量子芯片制造封裝和量子計算機組裝測試兩大實驗室，完成了從芯片到整機軟硬件的全棧式開發(fā)。

量子芯片需要在-273.15℃的極低溫條件下運行。這就要求連接量子芯片的線纜不僅傳輸信號不失真，還要隔絕熱量。

“為解決這一難題，我們與中電科40所聯(lián)合攻關，研制出適用于極低溫環(huán)境的高密度微波互連模組，并實現(xiàn)了該模組的國產化?！卑不帐×孔佑嬎愎こ萄芯?a target="_blank">中心副主任、“本源悟空”研制團隊成員賈志龍說，“這為我國超導量子計算機的產業(yè)化提供了重要支持?！?/p>

量子計算機組裝測試需要將量子芯片、量子測控儀器儀表、量子操作系統(tǒng)、量子軟件等進行整機組裝和測試?！懊恳豁椦邪l(fā)都要從零做起，意味著巨大的挑戰(zhàn)。”郭國平坦言。

“本源悟空”硬件研制團隊負責人孔偉成介紹，新機器匹配了本源第三代量子計算測控系統(tǒng)“本源天機”，實現(xiàn)了國內首次量子芯片的批量自動化測試，使量子計算機整機運行效率提升數(shù)十倍。

除了芯片和硬件，“本源悟空”還搭載了我國首個量子計算機操作系統(tǒng)——本源司南3.0版本。操作系統(tǒng)研發(fā)團隊負責人竇猛漢告訴記者，這一系統(tǒng)在國內首次實現(xiàn)了對量子計算任務批處理的支持，不但能夠支持量超協(xié)同計算，還可高效調度量子計算資源，大幅提升量子計算機整機運行效率。

從實驗室走向制造鏈

4月10日，“本源悟空”成功裝備國內首個PQC（后量子密碼）“抗量子攻擊護盾”。從算力提升到“攻守兼?zhèn)洹?，標志著我國量子計算機制造鏈更加完備。

“制造一臺超導量子計算機，需要從實驗室的理論研究開始，一路‘過關斬將’?！北驹戳孔涌偨浝韽堓x介紹，本源量子還陸續(xù)研發(fā)制造出國內首個用于量子芯片無損檢測的無損探針儀、對量子芯片進行修復的激光退火儀等國產量子芯片生產設備。隨著這條集研發(fā)、設計、生產、測試于一體的超導量子計算機制造鏈的形成和完善，本源量子成為我國目前唯一一家具備超導量子計算機整機交付能力的公司。

目前，“本源悟空”已與多個國家級超算中心以及金融、通信、電力、航空、航天等部門和單位展開合作。這些行業(yè)的積極參與，為中國量子計算機的制造應用提供了更為優(yōu)渥的科研土壤。

今年的政府工作報告提出，積極培育新興產業(yè)和未來產業(yè)，制定未來產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，開辟量子技術、生命科學等新賽道，創(chuàng)建一批未來產業(yè)先導區(qū)。

“量子計算機制造鏈一頭連著科技創(chuàng)新，一頭連著新質生產力?！闭勂鹣乱徊降拇蛩?，郭國平表示，“我們將加速量子計算的原理驗證、技術轉化和應用開發(fā)，向著實現(xiàn)大規(guī)?？?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/1315/" target="_blank">編程通用量子計算機的目標穩(wěn)步邁進！”