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郭国平:为量子计算迈出“中国脚步”

2022-02-25李雷

求学·理科版 2022年3期
关键词:算力比特量子

李雷

在蒸汽时代,马力就是国力;在信息时代,算力就是国力。传统计算机要计算15万年的难题,量子计算机可能只用1秒即可解决。“中国,一定要有自己的‘量子算力!”二十多年前,在国内首次接触量子计算的大学生郭国平喊出了心中的豪情壮志。

“愣头青”成为领军科学家

郭国平出生于1977年,是江西南昌人,1996年考入中國科学技术大学(以下简称“中国科大”)。在这个量子信息科学刚刚兴起的时代,他在中国科大著名的量子信息学家郭光灿研究团队的带领下,开始学习量子光学,从事量子保密通信及量子信息器件的研究工作。博士三年级时,郭国平了解到国外的顶级高校都在从事半导体量子计算方面的研究,而我国在这方面的研究还处于一片空白。于是,他做了一个很“傻”的决定:放弃已经做得风生水起的量子通信研究,转而开始研究量子计算。

郭国平说,他之所以愿做“愣头青”,是因为“这个东西对国家太重要了”。相较于电子计算机,量子计算机理论上的运算能力能呈几何级数的增长,被认为是下一代信息革命的关键动力。谁先获得“量子霸权”,就意味着谁先占据技术制高点,在市场竞争中占据有利位置。于是,在导师郭光灿等人的支持下,郭国平组建起了量子计算研究小组。

辛勤耕耘,实现“零的突破”

2005年博士毕业后,郭国平被中国科大聘为副教授,也有条件进一步从事半导体量子计算的科研工作。然而,科研的道路可不是那么好走的。“在实验室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。”做芯片时需要在密闭的超净间里连续工作十几个小时,在这漫长的工作时间里,他都得站着。一个流程做完后,他的腿经常站得麻木。

“啾啾啾”,这是压缩机在“鸣叫”;“嗡嗡嗡”,这是真空泵在“和声”……实验室里各种仪器声汇成的“交响乐”,在郭国平的耳中特别和谐,哪个“乐手”不在状态,他一听便知。压缩机,转速正常;真空泵,指标正常;液氦,液面高度正常……说起液氦,这可是让郭国平节假日也不能休息的“元凶”之一。量子计算研究平台的运作需要零下270摄氏度左右的环境,营造这样的极低温环境,一天需要消耗20多升液氦。而液氦价格很贵,大概100多元一升。“我们有两个研究平台,也就是说,一天不干就要白扔五六千块钱。如果关掉几天再重启,要几万块钱。”为了不浪费科研经费,郭国平的实验室从2005年建立到现在,基本上全年无休,每天两班倒,24小时运行。最初的几年,由于团队成员少,因此只能靠郭国平一个人值班,其中的艰辛可想而知。

幸好,所有的努力都有回报。2018年,郭国平的研究小组先后实现了基于半导体的单比特、两比特、三比特量子计算。比特数增长的每一步,都是国内的一次“零的突破”,是迈向国际领先科研机构的一大步。出自郭国平团队之手的第一代超导量子芯片被命名为“夸父”。在他的实验室里,“逐日”的故事经常上演。

脚踏实地,莫问前程

这几年,哪怕是节假日,郭国平不是在实验室里,就是在去实验室的路上。在他看来,如今的每一分每一秒都弥足珍贵,因为目前多国都在研制量子计算机,这是一条无形的赛道。

同时,郭国平也希望为外界提供更多接触量子计算的机会。因此,他成立的合肥本源量子计算科技有限责任公司推出了在线教育系列课程,希望能够帮助量子计算从业者们构建起一个完整的量子计算知识框架。他还为中小学生定制了特别课程,带着“量子课堂”走进校园,以期在这些学生心中种下科研的种子。他怀着殷殷期盼,告诉这些“未来科学家”们:“未来的量子计算机到底长成什么样子,是取决于你们,而不是我。”

对于量子计算研发的未来,郭国平心中充满希冀,但更多的是抱着谦虚审慎的态度。“我们目前取得的成绩,只是‘万里长征走出的一小步。”郭国平说,“但是,正如蒸汽机第一次被装在马车上,谁能想到它孕育着改变世界的力量?”

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