大国，要有大算力——记民革安徽省委会副主委、中科院量子信息重点实验室副主任郭国平     杨夏    2023年07月25日16:27

【人物名片】

郭国平，第十四届全国人大代表，中科院量子信息重点实验室副主任，中国科学技术大学教授，民革安徽省委会副主委。

量子计算能做什么？大多数人并不了解。

在一些特定问题上，量子计算机已被证明可以拥有超强算力。

如果说普通计算机相当于一把“算盘”，那么量子计算机就是一种超级“工业加速器”。

二十多年来，郭国平一直从事量子计算研究，为造出中国人自己的量子计算机不懈努力着。

“8013”

“二十年前，我们这群人‘站’在桌子前开始中国量子计算研究的第一步。”郭国平如是说，“唯一的一把椅子被坐垮了，我们只有‘站’着搞研究”。

在中国科学技术大学一间编号为“8013”的闲置教室里，6个爱好量子计算的青年，开始探索如何在现实中造出中国的量子计算机……

在经典计算机里，计算机使用“0”和“1”进行信息存储与处理，一个比特如一个普通开关，或0或1。量子计算机则完全不同，由于量子纠缠与叠加，一个“量子开关”可以同时代表0和1，称之为量子比特。

一个含有n个比特的经典存储器可以存储2n个可能数据当中的任意一个，如果是量子存储器，则可以同时存储2n个数，相当于2n个经典计算机的CPU同时工作。每增加一个量子比特，量子计算机的运算能力将以指数倍增加。一旦量子比特数达到50以上，它就能在处理某些特定问题时展现超越超级计算机的运算能力。

拥有可实际使用的量子计算机，意味着拥有指数级增长的更快产品研发速度、更大协同能力。

“大国，一定要有大算力！量子计算机可以解决很多经典计算机难以解决的问题，这对国家来讲太重要了。”那时候，才20多岁的郭国平已经感受到美国在量子计算上开始发力，他意识到中国的量子计算研究就算再艰难也必须立刻起步，否则未来会受到他国的量子威慑。

凭着这股勇气，没有实验室，他和同伴们就找了一间闲置教室当实验室，教室编号就是8013；没有经费，就以个人的名义去借；唯一的椅子坐塌了，舍不得花钱去买，却宁愿每天花好几千元去买做实验必须用的液氦……

2009年，郭国平团队在国内实验复现了经典的量子霍尔效应，从而掌握了半导体纳米器件极低温、极弱信号测量技术，为量子芯片和量子计算的后续研制，打下了重要的技术基础。此后一步一个脚印，逐步奠定了中国量子计算机的基石。

“为国守赛道”

研究量子计算机是一个系统工程，芯片设计、纳米加工、检测、数据分析，还有软件编程，涉及物理、微电子、机械、软件等多个学科，都要从头干起。

“现在站在这四台量子计算机面前，回忆起二十年前的艰苦奋斗，真是感慨不已。”郭国平提到，在老一辈革命家和科学家的言传身教影响下，他一直不忘初心、牢记使命，坚信要用过硬的科学技术来报效祖国。

连续十四年，每一年的“五一”劳动节，郭国平都会进实验室。

“我们有两个研究平台，都需要零下270摄氏度左右的运行环境。营造这样的极低温环境，一天需要消耗20多升液氦，而液氦又很贵，100多块钱一升。”郭国平算了笔账，“如果一天什么都不干的话就相当于白白扔掉五六千块钱。”如果关掉几天再重启，更是要浪费几万元。这对于郭国平团队来说，无异于是巨大资源的耗费。

“所以这些年，我们实验室的人员基本上全年无休，两班倒，保证设备24小时运行。”芯片制作也是一样，从切割硅基板到做出芯片，一切顺利的话，一个流程得三四天。“我们常常在密闭的超净间里一待就是十几个小时，大多数时间都是站着。”郭国平介绍说，制作好的芯片还需要再经过一道工序才可以拿来作为样品测试。“测试芯片需要在长宽不到一厘米的芯片板上，焊上50根线。这个过程通常要花费1个多小时。”

正是有了这些坚定不移的“为国守赛道”的量子青年们，才一步步垒起中国量子计算的实验与工程化研究。

从2012年到2017年，郭国平团队先后完成了基于半导体的单比特、两比特、三比特量子计算，实现了国内零的突破。

2017年，郭国平团队成立中国第一家量子计算公司——本源量子。

这些年，团队始终保持在国际量子计算“第一方阵”：量子计算专利数目前排名全国第一、全球第六，成功研发我国首套量子计算测控和操作系统……

而这一切都是源自“造出中国人自己的量子计算机软硬件”的目标，让中国在量子计算机时代不再受制于西方。

“万里长征”的每一小步

2022年的中央经济工作会议首次明确提出加快量子计算技术研发和应用推广。“近十年来，正是国家和学校的大力支持，才能让我们逐步缩小与国际领先技术的差距。”郭国平欣慰地说。

到目前，郭国平团队已研发出多台中国量子计算机，并在2021年成功交付一台量子计算机给用户使用。

据公开报道，该量子计算机的成功交付使我国成为世界上第三个具备量子计算机整机交付能力的国家，这是我国继实现“量子优越性”之后，又一次牢固确立在国际量子计算研究领域的领先地位。

在明确的需求牵引下，郭国平团队也完成了很多“卡脖子”难题的攻克。

2022年，郭国平团队研发的国内首条量子芯片生产线开始投入运营。

在这一年多的时间，这条生产线陆续导入了24台量子芯片生产相关的工艺设备，孵化出了3套自研的量子芯片专用设备，生产了1500多个批次流片试制的产品，交付了多个批次的量子芯片以及量子放大器等产品。

“在这条量子芯片生产线上生产出来的一块块量子芯片，可以让中国不再有硅基芯片这般被人卡脖子的痛苦。”郭国平说。

国内首条量子芯片生产线对面，是四台国产量子计算机一字排开……

量子计算机从实验室走向工程化涉及诸多难题，“大到设备，小到元器件，都是我们必须面对和解决的问题。我们目前取得的成绩，都只是‘万里长征’走出的一小步。”郭国平说。

团队在2018年成立的中国首个量子计算产业联盟，经过5年多的发展，联盟成员数已经突破80家。“希望有更多人参与进来”，郭国平表示，量子计算产业的整体繁荣，不能只靠某一家或几家机构，“从技术突破到规模量产、落地应用、市场扩张，需要漫长的周期和产业链上下游的合力。”

“以量子计算机的研发为例，需要多种学科、不同产业方向的融合协作。只有越来越多不同行业的企业加入研发，才能让量子计算有更多应用场景，从而极大地推动量子计算机的研发效率。”

从“8013”的“一把旧椅子”起步，到如今的量子计算机整机交付，这趟“长征”的每一小步都尤为重要。

大国要有算力。为做好这件事，郭国平还继续奋斗在路上。