“悟空”生出大算力

“短短3個月內，‘本源悟空’已經吸引了全球117個國家共計511萬人次的遠端訪問，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採訪時，中國科學院量子資訊重點實驗室副主任、中國科學技術大學教授郭國平興奮地説。

2024年1月6日，我國第三代自主超導量子電腦“本源悟空”上線運作，並向全球用戶限時免費開放。

這是中國量子算力首次大規模、長時間向全球開放，標誌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電腦製造鏈已然“成鏈”。

三代科學家接力

中國量子電腦的起步，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”元勳錢學森。

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’的精神來搞量子資訊”，並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資訊系統的技術問題”。

儘管錢學森因身體狀況未能參會，但他的支援，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資訊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“固態量子晶片研究”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，為基於半導體材料的量子電腦研究打下堅實基礎。

2017年，郭國平領銜創辦了國內首家量子電腦産業化企業——本源量子計算科技（合肥）股份有限公司（以下簡稱“本源量子”）。

量子電腦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，量子電腦用時3分鐘以內，而最快的超級電腦約需50年。

今年初，本源量子推出搭載72位自主超導量子晶片的量子電腦——“本源悟空”。取名“悟空”，寓意著其擁有“72變”的強大算力。

每一項研發都從零做起

“超導量子電腦産業鏈有3個關鍵點，晶片、硬體、軟體。”郭國平説。

為了造出中國自主的量子電腦，本源量子建設了量子晶片製造封裝和量子電腦組裝測試兩大實驗室，完成了從晶片到整機軟硬體的全棧式開發。

量子晶片需要在-273.15℃的極低溫條件下運作。這就要求連接量子晶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所聯合攻關，研製出適用於極低溫環境的高密度微波互連模組，並實現了該模組的國産化。”安徽省量子計算工程研究中心副主任、“本源悟空”研製團隊成員賈志龍説，“這為我國超導量子電腦的産業化提供了重要支援。”

量子電腦組裝測試需要將量子晶片、量子測控儀器儀錶、量子作業系統、量子軟體等進行整機組裝和測試。“每一項研發都要從零做起，意味著巨大的挑戰。”郭國平坦言。

“本源悟空”硬體研製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“本源天機”，實現了國內首次量子晶片的批量自動化測試，使量子電腦整機運作效率提升數十倍。

除了晶片和硬體，“本源悟空”還搭載了我國首個量子電腦作業系統——本源司南3.0版本。作業系統研發團隊負責人竇猛漢告訴記者，這一系統在國內首次實現了對量子計算任務批處理的支援，不但能夠支援量超協同計算，還可高效調度量子計算資源，大幅提升量子電腦整機運作效率。

從實驗室走向製造鏈

4月10日，“本源悟空”成功裝備國內首個PQC（後量子密碼）“抗量子攻擊護盾”。從算力提升到“攻守兼備”，標誌著我國量子電腦製造鏈更加完備。

“製造一台超導量子電腦，需要從實驗室的理論研究開始，一路‘過關斬將’。”本源量子總經理張輝介紹，本源量子還陸續研發製造出國內首個用於量子晶片無損檢測的無損探針儀、對量子晶片進行修復的鐳射退火儀等國産量子晶片生産設備。隨著這條集研發、設計、生産、測試于一體的超導量子電腦製造鏈的形成和完善，本源量子成為我國目前唯一一傢具備超導量子電腦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、航太等部門和單位展開闔作。這些行業的積極參與，為中國量子電腦的製造應用提供了更為優渥的科研土壤。

今年的政府工作報告提出，積極培育新興産業和未來産業，制定未來産業發展規劃，開闢量子技術、生命科學等新賽道，創建一批未來産業先導區。

“量子電腦製造鏈一頭連著科技創新，一頭連著新質生産力。”談起下一步的打算，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，向著實現大規模可編程通用量子電腦的目標穩步邁進！”