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超导量子计算机“本源悟空”问世,首席科学家是民革党员

浏览:1955 发布人:宣传部 2024/01/24/16:1

郭国平


1月6日,我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”上线运行。这一消息被人民日报、新华社、中国政府网等多家权威媒体报道,受到广泛关注。“本源悟空”由本源量子计算科技(合肥)股份有限公司(以下简称“本源量子”)自主研发,是目前我国最先进的可编程、可交付超导量子计算机。


图为中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”。


上线后,“本源悟空”向全球用户限时免费开放,接收全球量子计算任务。截至1月15日10时全球用户访问次数突破35万次并完成了3万多次全球运算任务。从登录用户看,美国、保加利亚、新加坡、日本、俄罗斯、加拿大等全球61个国家的用户均远程访问了“本源悟空”。其中,来自美国用户访问次数位居境外访问第一。

记者了解到,“本源悟空”科研团队主要负责人郭国平是位民主党派成员。郭国平现任十四届全国人大代表,民革安徽省委会副主委,中国科学院量子信息重点实验室副主任,中国科学技术大学微电子学院副院长,合肥本源量子计算科技有限责任公司首席科学家、创始人。

“我们目前取得的成绩,都只是‘万里长征’走出的一小步。”郭国平接受记者采访时说。


“72变”


谈及“本源悟空”名字由来,郭国平介绍说,“悟空”这一名字来源于中国传统文化中的神话人物孙悟空,寓意“72变”,这也正对应了该量子计算机搭载的72位自主超导量子芯片“悟空芯”。

简单来说,与一般计算机相比,量子计算机是一种运行速度更快、处理信息能力更强、应用范围更广的设备,同时具备更高的准确性和安全性。“以本次发布的‘本源悟空’为例,它可以一次性下发、执行200个量子线路的计算任务,比国际同类量子计算机具有更大的速度优势。”郭国平说,“我们研究这个领域,正是看中了它强大的计算能力。”

此次上线的“本源悟空”是由我国自主设计、自主开发、自主生产的,在技术上实现了多项突破。其匹配的本源第三代量子计算测控系统“本源天机”,也是由我国自主研发,并在国内首次实现量子芯片的批量自动化测试,使量子计算机整机运行效率提升数十倍,是中国首个量子计算测控系统。

“悟空芯”包含72个计算量子比特和126个耦合器量子比特,共有198个量子比特。量子比特数是衡量量子计算机性能的一个重要指标,郭国平称,“随着量子比特数的增加,量子计算机的计算能力也相应增强。”“本源悟空”来自于我国第一条量子芯片生产线,是中国首个自主量子芯片设计软件本源坤元Q-EDA设计的。

操作系统是管理量子计算机软硬件的“大管家”,也是决定量子计算机性能的关键技术。郭国平告诉记者:“如果将量子芯片比作人的‘心脏’,那么量子计算机操作系统无疑就是人的‘大脑’”。“本源悟空”搭载的是我国首个量子计算机操作系统——本源司南3.0版本,该系统在国内首次支持量子计算任务批处理,能够提升量子计算机整机运行效率数十倍。


“1500次”


量子计算机面临的技术难题处于科研尖端领域,“比特”“退火”“相干时间”这些记者在搜集资料时“感觉头大”的名词,只是其中非常基础的组成部分。此前,量子计算机中有很多核心零部件,包括量子芯片、量子测控系统、稀释制冷机等都掌握在国外研究者手中。在面对国外技术垄断的情况下,我国的量子计算研发也是这样“硬着头皮”一步步实现的。

为了找出最好的量子芯片封装盒,郭国平团队需要在众多封装盒中筛选,72比特量子芯片封装盒有接近300个端口,每个端口都要测试5次以上,仅一个量子芯片封装盒就要测试1500多次。而封装盒,仅仅是“悟空”研制中的一个环节。“测控系统等依然会用到传统的芯片、元器件等。在这些工业基础相比发达国家薄弱的情况下,会影响到量子计算本身的研发。”郭国平说。

在一些国家,量子计算已经被应用于金融、保险、汽车、医疗等行业。大众汽车与Xanadu联合研究电池材料量子算法模拟;美国海军研究实验室(NRL)与其他五个美国政府机构合作,成立量子网络研究联盟(DC-QNet);美国克利夫兰医学中心与IBM合作,成为世界上首个安装量子计算机的医疗机构。

我国在量子计算方面的研发投入在全球领先,但相关应用却比较少。面对研发与应用之间的“断层”问题,郭国平认为,加强基础研究是解决这一问题的关键。他说:“量子计算技术的应用需要多个环节的协同工作,包括硬件平台、软件工具、算法和应用等,需要建立一个完整的量子计算生态系统,提供从硬件到软件的全方位支持。”这一过程需要科研机构和企业共同开展量子计算技术的研究和应用探索,推动量子计算技术在各行业的应用。同时,加强对量子计算技术的宣传和推广,推动量子计算技术的普及和应用。


“一个节点”


很多人不知道的是,郭国平最早的研究领域是量子通信。2005年,他因量子通信科研成果获中科院院长特别奖,同年获得中科大博士学位并留校。也正是在这一年,他放弃了量子通信研究,走上了在当时几乎国内还是一片空白的量子计算探索之路,原因是“这个东西对国家太重要了”。

科学界有这样一种说法:谁先实现量子计算,谁就能领导下一次的工业革命。量子计算是当今世界炙手可热的研究领域之一,也被列入各个国家的重要战略发展目标。在技术研发方面,美国的IBM公司拥有世界上量子比特数目最多的量子计算机;在工程交付方面,加拿大在全球率先生产出能够整机交付的量子计算机,美国紧随其后,中国是第三个。“我们的72位(量子比特)和美国相比,目前的差距还有三年左右。所以我们接下来还要继续努力缩短国际差距。”郭国平说。

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“零的突破”;2017年创办中国第一家量子计算公司;2018年成立中国首个量子计算产业联盟;2022年,研发的国内首条量子芯片生产线开始投入运营;2024年初,将量子计算机量子比特数提升至72个。近20年来,郭国平在量子计算研究的路上创造了多项突破。

在谈到“本源悟空”对于中国量子计算发展的重要意义时,郭国平告诉记者:“‘本源悟空’只是中国超导量子计算机产业化路上的一个节点,离真正的商业化应用尚有距离。”对此,他给出了一个形象的比喻:如果拿飞机从发明到商用的过程来作比较,第一代中国超导量子计算机验证了可以飞行两分钟;第二代验证了可以飞行20分钟;第三代“悟空”验证了可以飞行2个小时,“但是离飞机真正成为一个交通工具,安全舒适地载着乘客飞行,还有很长的路要走。”

“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。”郭国平说,大国要有算力,为做好这件事,他和团队还要继续奋斗在路上。



作为一名民革党员,郭国平也是中国新型政党制度不断发展完善的见证者、受益者。“民主党派通过履行参政党职能,可以为科研机构在量子计算技术研发方面提供有力的支持。”郭国平说,合作和协商,是中国式民主的独特魅力。通过民主协商,不同方面可以增进相互理解和信任,从而形成更加开放、包容、合作的生态,更好地协调各方利益和资源形成合力,推动量子计算技术的创新和应用,推动中国量子计算科技事业的快速发展和进步。

来源:微信公众号“团结报团结网”

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