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當人類看到第一張黑洞“側顏”照片時,仿佛穿過5500萬光年感受到宇宙深處的悸動,人類對于宇宙未知的探索又前進了一步,這是經典世界的成就。
當人們利用量子力學的顛覆特性制造出新型計算機,實現了算力指數級的提升時,人類又將深入探索一個全新的量子時代,取得微觀世界的重大成就。
微觀世界,也被稱為量子世界。
經典世界和量子世界,共同構成了這令人著迷的世界。
讓我們把目光從浩瀚的宇宙收回,聚焦到中國合肥,你會發現,這里有一群人、有一個區、有一座城,都在埋頭探索量子世界。
中國在全球競爭中換道超車的動力,或許就系于他們身上。
近期,《金融世界》走進合肥本源量子計算科技有限責任公司(以下簡稱“本源量子”),與其創始人郭國平一起,揭開量子計算的神秘面紗。
功成不必在我 “功成不必在我”,當胡適先生將此箴言贈與畢業生時,應該想不到,八十多年后,有一位執著的中科大人郭國平默默地將此箴言放入心間,還加入了自己新的理解——“功成必定有我”。
“功成不必在我”是一種境界,“功成必定有我”則是一種擔當。
境界與擔當,都源于郭國平對量子技術的信仰,以及堅守家國情懷始終如一的中科大人底色。
郭國平,師從著名量子信息學家、中國科學院院士郭光燦。
早在中科大攻讀博士期間就開始負責建立國內首個半導體量子芯片研究組,搶占國際量子計算的“制高點”;國家科技部A類國家重大研究計劃“超級973”項目固態量子芯片的首席科學家,成功研制出2比特的半導體量子芯片和6比特的超導量子芯片,首款國產量子計算機控制系統的研發者之一,我國第一臺量子測控儀的研發者之一,國家杰出青年基金獲得者,長江教授青年學者……諸多光環里,真實的他務實、低調。
從1996年開始,郭國平在中科大校園里度過了自己的本碩博生涯。
被問及為何早在博士三年級時就選擇研究量子計算,他坦言,認準了量子計算是量子技術中繞不開的研究領域,是未來科技發展的制高點。
“從物理原理的角度來看,摩爾定律的失效是必然的,當傳統計算機的算力發展接近瓶頸時,必須要找到新思路,而量子計算就是計算機發展的未來式。
”郭國平說,“一個形象的說法就是,無論半導體技術如何發展,最終不可能研制出比一個原子也就是0.1納米還小的工具,這就是在經典世界里半導體技術發展的極限。
只有量子研究能突破這一極限。
” 摩爾定律是由英特爾創始人之一的戈登·摩爾于半個世紀前提出來的。
其內容為“當價格不變時,集成電路上可容納的晶體管的數目,約每隔18~24個月便會增加一倍。
”然而,摩爾定律并不是科學論證的結果,而是根據現象推測出的規律。
事實上,為了提高集成度,晶體管的體積越做越小,當其足夠小時,量子效應就會出現。
電子將不再受歐姆定律控制,由于電子具有隧穿效應,將穿越計算單元之間的壁壘,導致計算產生錯誤。
量子效應嚴重制約了計算機繼續按照摩爾定律發展。
然而,失之東隅,收之桑榆,阻礙傳統計算機發展的量子效應,反而為量子計算機的構想打開了思路。
如今談起量子計算,已是一個社會熱門話題。
近年來,以美國為首的西方國家開始高度重視量子計算研究,紛紛發布自己的量子信息科技戰略。
全球各大企業和科技巨頭也紛紛加大在量子計算科技領域的投入,不遺余力搶占下一輪科技制高點。
而在2003年時,量子計算對于彼時的中國,還完全是一個陌生未知甚至很難發論文的科研領域,郭國平卻認準了這一未來科技制高點。
比起未知的困難,他更看重量子計算未來的發展前景,以及時代更替的必然性。
在老師郭光燦的支持下,他開始建立國內首個半導體量子芯片研究組,部署半導體量子芯片研究平臺。
這一投入,就是十多年乃至一生的堅持。
“也許,我這輩子都不能看到真正的量子計算機的誕生。
我曾開玩笑說,希望后人研發出來后燒一臺給我。
”郭國平笑說道,“我始終相信,量子計算的基礎研究即使不能被我們這代人實用化,也總會有用上的一天,功成不必在我。
” 功成必定有我 那么,各國為何會如此高度重視量子計算?郭國平認為,放眼未來世界格局,國力的競爭就是算力的競爭,因此各國都對顛覆傳統計算方式的量子計算機格外重視。
量子計算機是根據量子物理學來構建的計算機,可以超級計算機數百萬倍的速度進行復雜運算,能夠完成當前經典計算機無法解決的信息處理和存儲任務。
量子計算主要針對數據密集型領域,“一臺量子計算機1秒的算力與1600臺傳統計算機的算力相當。
”郭國平說。
“目前在推行的5G是新型傳輸技術,速度極快刷新人們的認知,但是如果數據只是傳輸得快,計算機處理能力卻跟不上,那么就會產生新的短板,大數據、云計算也就成了無源之水、無本之木。
”郭國平說。
無論是城市無人交通指揮,還是智慧物流的運行,乃至“流浪地球”里強大的AI助手Moss,全都需要低時延、高算力的技術基礎作為支撐,這些領域都是未來量子計算大顯身手的舞臺。
此外,在諸如圖像處理、大數據處理、生化制藥、新材料研發、密碼破譯等領域,量子計算的效率也令傳統計算機望塵莫及。
“量子計算還可以幫助人們制作個人定制藥。
每個人的飲食習慣、身體狀況、周邊環境等都不相同,量子計算技術可以根據這些綜合情況,幫助科學家研制針對每個人來說最為有效的藥物。
因為化學制藥本身就是量子反應,所以預計未來5~10年內,量子生化制藥是最有可能搶先落地的技術。
”郭國平判斷。
為了以產業化推動量子計算技術研發加快,郭國平于2017年9月創辦了本源量子。
這支平均年齡不到30歲的隊伍,主要成員均為中科大博士,他們用“量子技術追溯科技本源”,明確了量子計算機、量子芯片、量子測控、量子軟件、量子云、量子人工智能六大研究方向。
“本源量子的使命,就是為量子技術領域指明未來研究的六大方向。
”郭國平說。
這相當于規劃了六條路徑,“打開了六扇大門”,后人只需沿著這六大方向一往直前,這也開辟了國內量子計算領域的產業化方向。
“量子計算像極了20年前的人工智能,大家都知道它重要,是跨時代的技術,但如果大家都在等,都在看,那未來就總也不會來。
”郭國平說,“量子計算涉及眾多領域,本源量子未必能做到面面俱到,但至少我們希望在下一次技術變革來臨的時候,中國不會被‘卡脖子’,甚至可以在新賽道上實現‘超車’。
” “功成不必在我,功成必定有我。
我愿意做一個先行者。
”郭國平感慨萬千。
目前,本源量子團隊正逐步利用科研成果構建起量子計算的產業新生態:自主研發半導體量子芯片、超導量子芯片、量子測控一體機、發布國內首款量子軟件開發包QPanda;成功實現64比特量子仿真,打破IBM Q記錄;上線全球首個基于半導體量子芯片的量子計算云服務平臺;成功研制國內首款量子計算機控制系統——本源量子測控一體機OriginQ Quantum AIO;研發量子編程語言、量子操作系統,國內首個可視化的設計拖動編程技術;上線全球首款量子計算云平臺APP“本源量子計算云服務平臺”;與中國海洋大學、中科類腦、哈工大機器人集團、云從科技,中船鵬飛等建立本源量子計算產業聯盟,為更多企業進行“量子賦能”。
換道超車行則將至 對于中國在這場全球角逐中處于什么位置?應該如何加快研究步伐?郭國平的判斷理智而中肯。
“我國量子計算芯片在戰術層面仍處于落后的位置,與國外最先進技術有3年左右的差距,且差距有擴大的趨勢。
” 中國在量子計算領域的發展被郭國平形象地比喻為“換道超車”。
在傳統計算機芯片研發領域,由于我國起步晚,產業基礎較薄弱,始終處于追趕狀態,由于各項專利技術的封鎖,縮短差距顯得格外艱辛。
然而由于摩爾定律的逐漸失效,傳統芯片的發展速度放緩,量子計算就是一條“新賽道”。
據郭國平介紹,量子計算芯片的研制不依賴于最先進的傳統芯片生產線,在國內已經成熟的生產線上就可以完成,這也為中國實現“換道超車”提供了可能。
然而,郭國平坦言,目前談“超車”還為時尚早。
“千萬不要覺得我們比別人精明,換道這件事我們能想到,別的國家也更早就想到了,而且半導體產業基礎的差距我們也必須正視。
”郭國平說,“但量子計算具有戰略意義,必須把核心技術掌握在自己手里,傳統芯片30年的差距我們尚沒有放棄追趕,3年的差距更得咬住。
” 如今,全球各大巨頭紛紛入局量子計算研究,英特爾于去年初交付了49量子位的超導測試芯片,被視為里程碑,IBM宣布搞定了50量子位的計算機,Google則在去年三月發布了72量子位處理器,來勢洶洶地“秀起了量子霸權的肌肉”。
同時,在量子計算相關專利方面,各大巨頭也在競相圈地跑馬,郭國平表示,留給中國的時間已經不多,必須站在國家層面盡早部署建設,構建自給自足的產業生態。
“芯片的研發必須經歷研制、量產、迭代的過程,指望一蹴而就是不可能的。
”郭國平表示,“最好的模式是國家引導,資本介入,借助市場的力量推動產業發展。
”他介紹,目前美國的量子計算發展模式較為成熟,政府的經費并不直接下發,而是以基金的方式引導市場投資,撬動十倍百倍的社會資本入局,同時研發成果由市場檢驗,避免了閉門造車的情況。
對于量子計算領域的發展方向,本源量子堅持軟硬件協同發展。
郭國平介紹說,軟硬件并重并不是好大喜功,反倒是一種非常現實的考量。
由我國自主研發的通用CPU龍芯曾經聞名一時,但由于沒有配套軟件系統,在無法適配Windows系統的情況下,可推廣空間變得十分狹窄。
“美國有微軟和英特爾組成的WINTEL聯盟,英特爾負責生產處理器,微軟設計操作系統,形成了雙寡頭壟斷的局面。
現在如果我們放棄軟件或者硬件其一,完全指望跟別人合作,那如果有一天別人搞壟斷把我們排除在外,我們就永遠成不了主流。
”郭國平說。
他也希望能盡早將中國的量子語言、算法、系統推廣為世界的規則。
郭國平強調,量子計算機的研發,需要多種不同學科、不同產業方向的融合協作,全社會的共同努力。
量子計算與傳統計算機的應用過程一樣,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,極大地推動量子計算機的研制效率。
正是基于這一初衷,本源量子構建了量子計算產業聯盟,致力于建立和拓展量子計算產業生態圈。
此外,郭國平特別強調人才的作用。
紐約時報曾稱全球只有1000名左右的研究人員真正了解這項技術。
在郭國平看來,本源量子最大的優勢就是有一支精英隊伍,背靠中科大,還可以有源源不斷的新鮮血液注入。
“人才是本源量子最大的優勢,也是量子計算領域最重要的資源,量子力學有兩個概念叫‘糾纏’和‘相干’,我跟我的學生說,你們現在散落在全球各個地方,有一天我們會‘再糾纏,永相干’,希望你們都能‘若有戰,召必回’。
”郭國平說。
正是因為意識到人才的稀缺,本源量子的量子云板塊專門上線了量子計算教育平臺,目前已開發出了一系列量子計算課程,結合本源專業的量子計算開發工具,盡可能提供給量子計算愛好者們一個可以正確學習、驗證、提升的通道。
郭國平還透露,今后將持續加大在量子計算教育方面的投入,本源量子正與各地大中院校合作,為其提供量子計算設備以及教學方案,激發青少年對于量子計算的興趣,提高量子計算關注度,為量子計算的未來發展培養生力軍。
采訪結束,走出本源量子大樓,迎著夕陽回望“量子大道”,似乎感受到一種力量正在涌動:國盾量子、國儀量子、本源量子……一批量子領域骨干企業默默耕耘,一項項量子前沿成果正在加速轉化,“墨子號”遨游太空,牽手“京滬干線”開啟洲際量子通信新時代;國儀量子發布國內首臺“脈沖式電子順磁共振波譜儀”;本源量子推出首款國產量子控制系統——本源量子測控一體機……每一次突破都激蕩人心。
未來,依托量子信息國家實驗室建設,這里將成為我國乃至全球量子技術的創新高地。
(責任編輯:DF318)。