浙江傳來震驚世界的大消息，我國成功研發(fā)出了比硅基芯片、碳基芯片更牛的超導(dǎo)量子芯片，連老美都打著全球科研的幌子。

要求咱們共享技術(shù)世界芯片格局要變片天了，中國新終于是迎來換道超車的時(shí)代！

近期浙江大學(xué)成功研發(fā)出超導(dǎo)量子芯片消息出，舉世震驚，因?yàn)榱孔有酒恢北粯I(yè)界譽(yù)為是下一輪芯片升級(jí)的王者，目前硅基芯片已經(jīng)走到了一納米的物理極限，全球科學(xué)家都在尋找新的技術(shù)線，而量子芯片就是其中的佼佼者，因?yàn)榱孔有镜男阅苁悄壳肮杌酒那П兑陨?，功耗卻只有硅基芯片的千分之一，更為重要的是量子芯片是無法被破譯的。

隨著我國全面進(jìn)入到數(shù)字智能化時(shí)代，量子芯片將是我國數(shù)據(jù)安全的一大保障。其也示的市場空間也將是萬億起步。而回顧我國每一次換擋超車，不僅能夠終結(jié)西方的暴力，更是一次資本市場炒作的盛宴。

超導(dǎo)量子芯片的誕生

2010年，浙大建立起超導(dǎo)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室。十多年來，這里傳出的“量子計(jì)算機(jī)的聲音”愈發(fā)響亮。浙大超導(dǎo)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)屢次刷新量子計(jì)算關(guān)鍵指標(biāo)的世界紀(jì)錄，取得一系列獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的成果，支撐中國在這一國際競爭異常激烈的前沿領(lǐng)域中躋身第一梯隊(duì)。

翻閱這支團(tuán)隊(duì)發(fā)表在國際頂級(jí)期刊的論文，宋超、郭秋江、王震、李賀康等幾位青年科學(xué)家的名字經(jīng)常挨著出現(xiàn)。這群“90后”青年構(gòu)成浙大超導(dǎo)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)的骨干力量，在搶占科技創(chuàng)新制高點(diǎn)的征程上，他們的青春身姿分外醒目。


追逐

一塊超導(dǎo)量子芯片，大小和指甲蓋相當(dāng)。顯微鏡下，芯片上的量子比特看起來只是幾顆普普通通的斑點(diǎn)，卻擁有同時(shí)處于0和1兩種狀態(tài)的“超能力”。

“做個(gè)簡單比較，一塊芯片只要300個(gè)這樣的斑點(diǎn)，就能表示比宇宙中所有原子數(shù)量還多的狀態(tài)。”宋超說。

2017年、2019年，在量子計(jì)算專家王浩華教授帶領(lǐng)下，浙大超導(dǎo)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)兄弟團(tuán)隊(duì)合作，兩度刷新固態(tài)量子器件中生成糾纏態(tài)量子比特?cái)?shù)目的世界紀(jì)錄，吸引了全球同行的目光。這表明浙大團(tuán)隊(duì)無論在量子比特的操控精度上、還是在芯片平臺(tái)的噪聲隔離度等指標(biāo)上，都達(dá)到了非常高的水準(zhǔn)。

登頂高原，只是起點(diǎn)。科技發(fā)展就像跑步，大家都在跑，不努力就要落后，這群年輕人做的就是不斷與國際競爭者賽跑。

2020年春節(jié)假期，夜深了，浙大微納加工中心靜悄悄的。其他的實(shí)驗(yàn)間都空空蕩蕩，只有李賀康和王震兩人仍留在光刻間里，埋頭制備超導(dǎo)量子芯片樣品。

量子芯片的工藝流程多達(dá)上百步。顯影工藝中，完美的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間只有幾十秒，錯(cuò)過了窗口期，多1秒、少1秒，樣品都可能出現(xiàn)缺陷。李賀康掐著表，注意力高度集中。倒計(jì)時(shí)快結(jié)束時(shí)，王震感覺心臟快要從嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的潔凈服里跳出來。

就在2019年底，谷歌宣布實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，震動(dòng)科學(xué)界?！安捎玫箍酆噶Ⅲw封裝工藝制備芯片，我們籌備已久。谷歌的成功，催動(dòng)我們加快技術(shù)研發(fā)的腳步?！蓖跽鹫f。

這群與量子共舞的年輕人還想跑得更快些！

那是異常焦灼的一段時(shí)期。王震每天在光刻間工作十幾個(gè)小時(shí)，隨后，李賀康會(huì)過來接替上他，繼續(xù)這場無休無止的戰(zhàn)斗。李賀康是一個(gè)“完全鉆在芯片里”的人，在微納加工中心走上一圈，他能滔滔不絕地講出每臺(tái)設(shè)備的參數(shù)、操作方法和優(yōu)缺點(diǎn)。

芯片樣品完成后，宋超和郭秋江共同負(fù)責(zé)在測控設(shè)備上測試它的性能。

他們?cè)僖淮纬晒α恕?021年底，“莫干1號(hào)”“天目1號(hào)”兩款超導(dǎo)量子芯片面世，其中面向通用量子計(jì)算的“天目1號(hào)”就是兩層芯片倒扣在一起立體封裝而成的?！艾F(xiàn)在全球掌握多比特量子芯片立體工藝的實(shí)驗(yàn)室大約只有十家，我們的芯片與國際同行相比毫不遜色?！崩钯R康話語中難掩驕傲。

“人工智能、新藥研發(fā)、金融等很多領(lǐng)域目前存在的發(fā)展瓶頸，都是算力受限造成的?！惫锝f，“量子計(jì)算或?qū)⒋碇乱淮淖顝?qiáng)算力，我相信它會(huì)產(chǎn)生很多顛覆當(dāng)前認(rèn)知的事物?！?/span>

最近，他們又發(fā)表了一篇論文，公開一款全新的超導(dǎo)量子芯片，它的平均相干時(shí)間達(dá)到了100微秒，是國際上同類型量子芯片的3倍以上。

創(chuàng)新的賽跑一刻不停。用“天目”和“莫干”命名超導(dǎo)量子芯片，正寄托著這群年輕人競逐量子科技最前沿的理想——天目山象征仰望未來世界的星辰大海，前行不輟；莫邪、干將的傳說，激勵(lì)他們繼續(xù)勇闖“無人區(qū)”。


選擇

在哪里，才能做出世界一流的成果？

這是浙大超導(dǎo)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)青年科學(xué)家們面臨一次次選擇時(shí)，唯一考慮的問題。

如果去企業(yè)的研發(fā)部門，以他們的能力，可以獲得很高的薪水。如果選擇到國外深造后再回國，他們的待遇或許比現(xiàn)在更加優(yōu)厚。“在充滿多元選擇和名利誘惑的時(shí)代環(huán)境里，這幾位年輕人不約而同地選擇留在浙大，坐基礎(chǔ)研究的‘冷板凳’，為實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)做貢獻(xiàn)?！闭愦笪锢韺W(xué)院黨委書記顏鸝感慨地說，他們是當(dāng)代青年心懷“國之大者”、擔(dān)當(dāng)時(shí)代重任的生動(dòng)寫照。

出國深造，原本在宋超的計(jì)劃之中。然而，在探索量子世界的過程中，他找到了新的方向。

2014年，宋超還是本科生時(shí)就加入了王浩華的課題組。當(dāng)時(shí)，學(xué)界出現(xiàn)了一種全新構(gòu)型的量子比特，實(shí)驗(yàn)室里沒人有測控這種量子比特的經(jīng)驗(yàn)，王浩華放手讓宋超去做這項(xiàng)前沿工作。

略顯瘦削的宋超戴著一副方框眼鏡，看上去書卷氣十足。他待在老教學(xué)樓一個(gè)狹小的房間里，在讀文獻(xiàn)、寫代碼、做實(shí)驗(yàn)的循環(huán)中度過了三個(gè)月，每天工作到深夜。測不到任何量子比特的信號(hào)，他和自己較上了勁。每天晚上11點(diǎn)，王浩華會(huì)打來電話，與他討論一天的進(jìn)展。

最終，當(dāng)量子比特振蕩的波形緩緩出現(xiàn)在屏幕上的時(shí)候，宋超激動(dòng)地跳了起來，然后呆呆地在原地坐了很久——曲線還在有規(guī)律地跳動(dòng)，那是來自另一個(gè)世界的心電圖。

宋超突然意識(shí)到，物理學(xué)書本里寫的事情，現(xiàn)在真的在眼前發(fā)生了，他從此多了一個(gè)感知微觀世界的觸角。那種奇妙的感覺，讓他刻骨銘心。

宋超自此承擔(dān)了更多實(shí)驗(yàn)工作。他逐漸確信了兩件事：第一，他想繼續(xù)用全部精力去探索量子世界的奧秘；第二，留在浙大，他擁有充分的可能性去實(shí)現(xiàn)這份理想，攀登量子計(jì)算最高峰。

這或許不是一條最輕松的路，但這群年輕人毫不猶豫地選擇了追隨初心，矢志創(chuàng)新。

王震在攻讀博士時(shí)就觀察到，身邊同學(xué)的發(fā)展路徑都遵循著一個(gè)“標(biāo)配”：先讀博士，期間可能會(huì)走一年聯(lián)合培養(yǎng)，再留在國外讀兩年博后，最后回國謀一份教職。本來，他也想就這樣在原來的研究方向上走下去。

但最終他還是追隨了內(nèi)心深處的理想——用自己的研究真正帶來顛覆，改變?nèi)祟惿鐣?huì)?！傲孔佑?jì)算機(jī)真的可以解決許多我們從未設(shè)想過的問題，我覺得這簡直是太棒了?！痹谡愦?，他正在一點(diǎn)點(diǎn)創(chuàng)造這樣的未來。他很享受這種狀態(tài)。

郭秋江有一套自己的哲學(xué)，如果身處一個(gè)按部就班、循規(guī)蹈矩的環(huán)境中，他會(huì)感到極度不安。“如果在學(xué)術(shù)上不去創(chuàng)新，不緊跟領(lǐng)域最前沿，可能過幾年，競爭力就慢慢喪失了，這不是我想要的。”平常聊天頗為靦腆的郭秋江，說出這番話時(shí)不假思索。

李賀康是被王浩華招募來浙大的。2017年，他還在中科院物理所攻讀博士，拿到了王浩華團(tuán)隊(duì)寄來的20比特量子芯片的圖紙。“當(dāng)時(shí)工藝還沒有完全走通，我把自己做出來的樣品寄給王老師看，他非常熱情地指導(dǎo)我，每天我們幾乎都會(huì)通三四個(gè)電話。”

去歐洲一家實(shí)驗(yàn)室工作的念頭曾出現(xiàn)在李賀康的腦海里，但并沒有停留太久。他不需要被說服。2019年，浙大建成了自己的微納加工平臺(tái)，一直懷著工程師夢(mèng)想的李賀康擁有了一片自由探索的天地：“我感受到了那種所有人為同一個(gè)目標(biāo)努力的沖動(dòng)、全身心投入科研的樂趣?！?/span>

接下來的幾年，浙大超導(dǎo)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)以同行難以想象的速度開發(fā)出了新工藝，建立起從超導(dǎo)量子芯片設(shè)計(jì)、制備、封裝到測控的全線研發(fā)能力。

奮斗

郭秋江一直記得剛進(jìn)課題組時(shí)的一件小事。當(dāng)時(shí)制冷機(jī)的一個(gè)泵出了故障，導(dǎo)師王浩華二話不說，抓起工具，趴到地板上，動(dòng)手修理起來。這和郭秋江之前想象里“干干凈凈”的科研完全不同。

后來，郭秋江在實(shí)驗(yàn)中遇到過無數(shù)次設(shè)備故障，王浩華俯下身去的場景總是第一時(shí)間浮現(xiàn)在他腦海里。有一次，他為了盡可能降低損失，整整一夜獨(dú)自守在處于故障邊緣的冷卻設(shè)備旁邊，做好隨時(shí)應(yīng)急的準(zhǔn)備。

郭秋江是這些年輕人中年紀(jì)最小的，在他放滿儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室里，卻能看到一幅品味頗為“老成”的書法：一副泛黃的竹簡，上面豎寫“奮斗”兩個(gè)大字，下注小字：“人的一生全靠奮斗，唯有奮斗才能成功”。王震總是忍不住調(diào)侃他，竹簡都快發(fā)霉了，還掛在墻上。

這幅字陪伴了郭秋江整個(gè)高中時(shí)期，又被他從新疆帶到杭州。說起奮斗，郭秋江真誠地說，這不是空洞的口號(hào)，就是從最基礎(chǔ)的工作開始，建造起科學(xué)的大廈。

面對(duì)一個(gè)30多平米、空無一物的房間，這群年輕人從零開始，親手搭建整套超導(dǎo)量子芯片的測控系統(tǒng)。

幾個(gè)月里，他們每天都要重復(fù)差不多的工作。用一堆最常見的金工工具：扳手、螺絲刀、老虎鉗，搭起比自己還高的鋁合金支架，組裝制冷機(jī)內(nèi)部每個(gè)細(xì)小的低溫電子器件。超導(dǎo)量子芯片，放在制冷機(jī)白色圓筒的最底端，從那里一根一根地接出上百條光纜，一頭連接著芯片上的量子比特，另一頭密密麻麻地接上用于發(fā)出微波脈沖、操控量子比特的板卡。

“大多數(shù)時(shí)候，我們的工作沒有外人想得那么高大上，都是在搭設(shè)備、接線、寫測試代碼，做一些看起來特別基礎(chǔ)的事情，這是科研最底層的邏輯。”郭秋江說。

最近，芯片圖形化的關(guān)鍵設(shè)備直寫光刻機(jī)壞了，國外廠家告訴李賀康，返廠維修要等三四個(gè)月。等不起，李賀康就自己來修，辦公室里堆著大大小小的快遞紙盒，都是從網(wǎng)上買來的“平替”零件。

面對(duì)接二連三的前沿突破，許多人驚嘆之余，都有這樣的疑惑，為什么是這群年輕人做到了？

“超導(dǎo)量子計(jì)算全世界許多科學(xué)家都搶著做，目標(biāo)大家都清楚?！闭愦笪锢韺W(xué)院常務(wù)副院長王孝群說，“但我們這批年輕人有一股迎難而上、鉆研問題的韌性，別人屏蔽不了的噪聲、改進(jìn)不了的參數(shù)，他們都能攻克。”

熟悉這群年輕人工作狀態(tài)的專家們都說，他們是同行里工作時(shí)間最長、強(qiáng)度最大的課題組，幾乎沒見他們有過休息日。

“科研就是我的生活，生活是科研的一部分。”談起“工作狂”這件事，宋超的語氣很輕松，夜深人靜時(shí)的靈光乍現(xiàn)，時(shí)常讓他興奮不已。

挑戰(zhàn)刷新量子比特糾纏態(tài)數(shù)目上限時(shí)，實(shí)驗(yàn)曾一度偏離預(yù)期，發(fā)生了“天方夜譚”般的現(xiàn)象：兩個(gè)量子比特居然會(huì)和第三個(gè)發(fā)生同步的相互作用。實(shí)驗(yàn)幾個(gè)月沒有進(jìn)展，但這群年輕人沒有把這看成“耽誤”，而是視為發(fā)現(xiàn)新知的契機(jī)。最終他們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)意外“差錯(cuò)”竟然和量子光學(xué)研究苦苦追尋的一種現(xiàn)象恰好是相逆的過程。沿著這條路，他們?nèi)〉昧烁嘈缕娴陌l(fā)現(xiàn)。

五月的風(fēng)吹動(dòng)求是園的草木，散發(fā)出蓬勃熱烈的氣息。這群年輕人又開始了實(shí)驗(yàn)室里新一天的工作。

“一塊藍(lán)寶石，切得方方正正，磨得平平整整，在上面覆蓋一層掩膜。再拿一個(gè)鋁塊，用電子束轟擊它，鋁原子蒸發(fā)出來，掉到藍(lán)寶石上。然后把覆蓋的掩膜拿開，石頭上面就留下痕跡，這就是超導(dǎo)線路……”


量子芯片國產(chǎn)化的意義

國內(nèi)對(duì)量子技術(shù)的推進(jìn)已取得了不小的進(jìn)步，此前國內(nèi)的祖沖之二號(hào)量子計(jì)算機(jī)已實(shí)現(xiàn)66量子比特計(jì)算能力，九章二號(hào)則實(shí)現(xiàn)了113 個(gè)光子、 144 模式的量子計(jì)算原型機(jī)，如今波色量子發(fā)布的量子計(jì)算機(jī)更進(jìn)一步提升。據(jù)稱天工量子已可達(dá)到100量子比特，居于全球領(lǐng)先水平。

中國研發(fā)的這些量子計(jì)算機(jī)已居于全球領(lǐng)先水平，此前美國知名的谷歌懸鈴木只有53比特，祖沖之二號(hào)超越懸鈴木，天工量子更是懸鈴木的近兩倍，顯示出中國在量子計(jì)算方面加速推進(jìn)。

量子計(jì)算機(jī)相對(duì)于當(dāng)前的芯片技術(shù)可以說是革命性的進(jìn)步，據(jù)稱量子計(jì)算將比當(dāng)前最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)還要快億億億倍，由此可以看出量子計(jì)算遠(yuǎn)超現(xiàn)有的計(jì)算技術(shù)，因此歐洲、美國以及中國都在加速推進(jìn)量子計(jì)算技術(shù)。

歐洲已開始運(yùn)用量子計(jì)算技術(shù)，2022年底芬蘭宣布將它的量子計(jì)算機(jī)HELMI與泛歐超級(jí)計(jì)算機(jī) LUM 連接起來，以此加速量子計(jì)算的商用化；谷歌在取得量子霸權(quán)之后，為了加速量子計(jì)算的商用，近期宣布與日本合作推進(jìn)量子計(jì)算的商用，對(duì)于中國來說推進(jìn)量子計(jì)算更是具有獨(dú)特意義。

當(dāng)前的計(jì)算技術(shù)基于硅基芯片，而硅基芯片技術(shù)由美國引領(lǐng)，美國主導(dǎo)著硅基芯片技術(shù)，這導(dǎo)致日本、荷蘭等的芯片設(shè)備企業(yè)都得隨著美國的指揮棒起舞，給中國發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)帶來困擾。

量子芯片則是另起爐灶，完全不依賴現(xiàn)有的硅基芯片產(chǎn)業(yè)鏈，這是一項(xiàng)全新的技術(shù)，中國、歐洲和美國的差距并不大，可以說誰先推進(jìn)量子芯片的商用，誰就將在未來取得芯片技術(shù)的主導(dǎo)權(quán)。

中國已籌建全球第一條量子芯片生產(chǎn)線，合肥的本源電子還研發(fā)了號(hào)稱量子芯片光刻機(jī)的NDPT-100無損探針電學(xué)測量平臺(tái)、量子芯片高真空存儲(chǔ)箱，逐漸完善國產(chǎn)量子芯片產(chǎn)業(yè)鏈，如此國產(chǎn)量子芯片的發(fā)展將不受海外技術(shù)的困擾。

國產(chǎn)量子技術(shù)機(jī)的推出，說明中國在量子計(jì)算技術(shù)商用化方面已取得長足進(jìn)展，這將成為中國發(fā)展芯片技術(shù)的新出路。