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从推动第二次量子革命到布局未来 看成都“量”的积累

2021年11月24日 08:09:15 来源:成都日报 记者 曹凘源 编辑:许成嵩

  【走进未来】

  从世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射,到中国量子计算机原型机“九章”问世,再到成功研制可编程超导量子计算机原型机“祖冲之号”……

  近年来,我国量子科技发展迅速,取得一批具有国际影响力的重大创新成果。在这一过程中,成都的身影也从未缺席——围绕未来前沿技术,成都明确提出,要超前布局量子互联网、太赫兹通信、合成生物、类脑智能等重点领域,争取颠覆性技术实现突破。

  前沿技术领域,成都能“量”如何?目前具备哪些科研基础和产业优势?量子科技又将如何助力成都建设具有全国影响力的科技创新中心?带着思考,近日,记者进行了相关探访。

  科研技术积累

  大学校园建起“量子互联网”

  走进电子科技大学沙河校区,几栋黄色教学楼映入眼帘。这里,正是量子互联网前沿研究攻关的“前哨”——电子科技大学信息与量子实验室。通过几年科研攻关,这3栋科教楼之间,建成了国内首个位于大学校园内的量子互联网场地实验研究平台。

  “量子科技不断向前发展,它最终的形态应该如同现在的互联网一样——形成量子互联网,这也是量子科技研究的一个重要国际前沿方向。”电子科技大学信息与量子实验室、量子互联网前沿研究中心的周强教授介绍,“量子科技有望在多个领域‘大显身手’。”

  “我们用3栋楼模拟未来的3个量子中心,并用量子隐形传态方案把它们连接起来。已获得的实验数据显示,这个校园内量子互联网场地实验研究平台已具备了良好的性能。”周强介绍,一般来说,判断通信效果好坏的标准在于——传得快不快、传得远不远、传得真不真。“美国加州理工大学校园内的费米国家实验室也建设了这样一张‘网’。根据公开数据,在传输距离、传输保真度相同的情况下,电子科技大学校园内这张‘网’的传输速度要快三个量级。”

  在紧追量子科技领域前沿研究的同时,周强团队也在积极利用量子科技的相关成熟研究成果赋能现实场景。

  为提高光通信系统通信链路的故障检测效率,周强团队与成都成电光信科技股份有限公司在相关领域展开合作,提供了“量子解决方案”——他们利用光量子探测的灵敏性,把光量子技术中的关键技术与传统光纤链路监控系统相结合,研制出国内首个新型监测机载光纤链路健康的设备。“利用量子技术,可以大大提高寻找故障点的精度,大大提高检测效率,能快速确定‘病灶’。”周强说。

  产业技术积累

  量子计算测控系统迭代到“3.0”

  200秒的“量子算力”,相当于目前“最强超算”6亿年的计算能力,这是去年年底“九章”量子计算机实现的里程碑式突破。无独有偶,今年10月诞生的 “祖冲之二号”,比目前最快的超级计算机快1000万倍,计算复杂度比谷歌的“悬铃木”,高了100万倍。这也意味着,我国成为目前世界上唯一在两种物理体系达到量子计算优越性里程碑的国家,实现全球并跑。

  “并跑”的背后,成都也参与其中,特别是在量子科技迅猛崛起的大背景下,一大批以量子计算产业链为核心业务的科技企业竞相涌现。其中,成都本土成长起来的成都中微达信科技有限公司(以下简称“中微达信”)就在助力院士团队研制国产量子计算机中负责关键技术——量子计算测控系统研发。

  “举个简单的例子,如果把量子计算机看作我们现在的电子计算机,我们承担的即是除去CPU外的其他硬件部分研发,也就是通过控制微观量子态,利用量子比特之间的相互作用进行计算并读出它们的状态,进行下一步的编程和控制。”中微达信创始人曾耿华介绍,这个交互的过程就是要实现从宏观世界到微观世界的测量与控制。

  量子计算机的运算速度取决于能够操纵的量子比特数,而量子计算控制系统的目标,是要对量子CPU中的量子比特进行测量和控制。

  “所以要积极寻找‘第二落点’。”曾耿华表示,对于量子计算机的制造,如果说量子计算芯片是“第一落点”,那占据量子计算主要成本的控制系统,乃至整机的制造,就是潜在的“第二落点”。同样,量子计算的产业化,不仅意味着量子计算机的制造,还意味着量子计算机的使用,这需要大量软件来支撑,软件研发就是这个行业未来发展的“第二落点”。

  “目前,我们研发的量子计算测控系统已迭代到第三代,正朝着上百上千比特数的目标攻坚。”曾耿华坦言,量子计算这个领域目前还处在科学工程阶段,电子计算机并不会明天一下子变成量子计算机,量子通讯也不会一下子代替现有通讯系统。“它可能会在某个细分领域、某个时间点有‘沿途下蛋’的产品出现,逐步改变我们现有某些产业的形态,这需要时间。但等到20、30年后回头看,会发现量子科技已经给我们带来颠覆性的改变。”

  【未来场域】

  加快培育量子科技产业“专精特新”企业

  如果说,第一次量子革命所产生的技术,大多基于量子力学原理下基本粒子的集体行为。那么随着人类已经可以精细地操控单个原子、单个电子、单个光子,这将引发第二次量子革命,微观世界的量子现象有望真正影响到宏观世界,并带来颠覆式创新。

  发展量子科技,成都已有较好基础,处于快速成长期,量子互联网、量子通信、量子计算等领域正步入加速布局与快速发展阶段。

  在科研攻关上,在蓉高等院校、科研院所多点发力,构筑了量子技术研究的“成都基础”。据市科技局相关负责人介绍,成都量子科技领域创新资源富集,聚集了电子科技大学、四川大学、西南交通大学3所高校,开展相关领域的研究。另外,中国网安、西南技术物理研究所、中科院光电所3家科研院所也正积极开展量子科技的相关研发工作。

  量子信息技术的发展离不开电子信息技术的支撑。而成都在这方面更是有着良好的基础。2020年,成都市电子信息产业规模达到10065.7亿元,成为首个突破万亿级产业。“一旦成都拥有了产业链条上某环节的‘专精特新’企业或人才优势,话语权自然便会提高,对头部企业的吸引力也会大大增强。”曾耿华说。

  当下,成都正大力推进建设具有全国影响力的科技创新中心,加快西部(成都)科学城建设,推进天府实验室建设,并加速量子科技布局。其中,正在组建的天府绛溪实验室,将布局量子互联网前沿中心。

  而在重点区域布局上,未来成都将以天府新区等若干重点区域为主要载体,开展一系列关键核心技术攻关、建立一系列创新平台。同时,还将推动量子科技企业的提质升级,引进培育优质企业,推动创新成果的应用示范。此外,还将加大人才培养力度,增强持续创新能力。

  【前沿对话】

  中国科学院院士、量子信息学家郭光灿:

  量子信息技术就是未来人类社会的新一代技术

  “量子信息技术是量子力学与信息科学融合的新兴交叉学科, 它的诞生标志着人类社会将从经典技术迈进到量子技术的新时代。”中国科学院院士、量子信息学家郭光灿认为,一旦量子技术获得广泛的实际应用, 人类社会生产力将迈进到新阶段。

  “量子信息技术突破了经典技术的物理极限, 开辟了信息技术发展的新方向。因此, 我们将量子信息的诞生称为第二次量子革命, 而基于量子力学研制出的经典技术, 称之为第一次量子革命。量子信息技术就是未来人类社会的新一代技术。”郭光灿说。

  郭光灿介绍,以量子网络为例,与经典网络相比, 量子网络中信息的存储和传输过程更加安全, 信息的处理更加高效, 有着更加强大的信息功能。“量子互联网络是量子信息技术领域发展的远景, 当前距离这个远景的实现还相当遥远,不仅尚无哪种类型量子互联网络已经演示成功, 即使是单个量子节点的量子器件也仍处于研制阶段, 距离实际的应用仍有着很长的路要走。”

  那么, 量子信息技术时代何时到来?郭光灿表示,量子计算机及其互联组网是量子信息技术中最有标志性的颠覆性技术, 只有当通用量子计算机及其互联组网获得广泛实际应用之时, 我们才可断言人类社会已进入量子技术新时代。

  记者 曹凘源

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