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从一封信到一个量子军团

05/15 16:30
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文 I 王艺可,报道 I 芯潮 IC,ID I xinchaoIC

“白宫严选”再次上新!

5月9日,美国商务部工业与安全局(BIS)在联邦公报中发布了一则极具争议性的最终规则,又将37家中国企业赫然列入了所谓的“实体清单”。

其中包括了中国电子科技集团旗下多个研究所、中电科芯片技术(集团)有限公司、中国科学技术大学、以及北京量子信息科学研究院、本源量子等多家量子技术研究机构和实体。可以看出,这一次,美国打击的范围从半导体扩散到量子计算领域。

要说中国科研院校和机构被列入实体清单并不是第一次,但这次为何选中了中科大?

中科大位于安徽省合肥市,是专为“两弹一星”事业而创办的红色大学,现是中国科学院直属的一所以前沿科学和高新技术为主,兼有医学、特色管理和人文学科的全国重点大学,位列“双一流”、“985工程”、“211工程”。

中科大以其卓越的材料科学、化学、环境/生态学、工程科学和计算机科学等王牌专业闻名。此外,中科大在量子领域实力强大,学校成功实现了“九章三号”光量子计算原型机,并实现了最大规模的51比特量子纠缠态制备等多项重大科研成果,“GDP”三位院士 (郭光灿、杜江峰、潘建伟)更是为量子领域输送了诸多精英。

依托中科大,合肥乃至整个安徽围绕量子通信、量子计算、量子精密测量等领域,积极打造量子创新技术策源地,正在成为量子科技创新的枢纽重地。今天我们就一起聊聊在合肥这片土地上,中科大与量子计算茁壮成长的二三事。

合肥接纳中科大,却意外种下了“量子之都”的种子

合肥与中科大背后是一段患难见真情的故事。

该校于1958年在北京创立,是专为“两弹一星”事业而创办的红色大学。在首任校长郭沫若的带领下,中科大在创办的第二年就跻身全国重点大学。1969年,在京高校不得不外迁疏散到全国各地,中科大就是其中之一。

在当时那个年代,高校迁址难度不小,中科大因科研成本投入巨大更一度找不到落地之处。湖北、江西、河南都说养不起,江西更是明确拒绝,但安徽却举全省之力接纳了中科大。时任安徽省革命委员会主任的李德生表示:“安徽人民就算是不吃不喝,也要把中国的科学苗子保住。”

安徽将中科大安排在省会合肥,把原先合肥师范学院和银行干校的位置让给了中科大做校址。虽然校舍面积还不到6万平方米,却是合肥当时能拿得出手的最好条件了,就这样,中科大在合肥扎下了根。

但南迁历程坎坷,中科大科研力量损失严重。当时的中科大,仪器设备损失超过三分之二,教师流失过半;到1972年,老一辈的师资遭受严重损失,全校仅有教授9人、副教授13人。

但合肥不遗余力地帮助中科大——合肥没有集中供暖,中科大却拥有了安徽省第一条“温暖专线”,享有专门开放暖气的待遇;中科大还是合肥最高级别的供电保障单位,市政府可以停电,校区不能停电;交通不便就开通公交专线安徽最好的医院之一省立医院也划拨给了中科大……

而中科大没有放弃科教报国的使命,努力培养一批批科研人才和杰出青年。改革开放后,中科大在全国大学中率先面向国际开放办学,选拔优秀青年教师赴欧美进修访问、选拔优秀学生出国攻读博士学位,首创少年班,创办首个研究生院……中科大迅速形成了以青年人才为主的创新能力强的人才队伍。

进入21世纪,中科大又结合自身的优势和特色,全力着手量子信息、清洁能源,以及新工科、新医学等与国家创新驱动战略紧密相关的新兴科学的布局,形成了在前沿研究和高新技术领域的优势和特色。

迁址至今,合肥一直给中科大潜心科研的师生提供尽可能好的条件。而中科大也用科研实力回馈着合肥,并将合肥一步步打造成“科教名城”、“量子中心”。

现如今,量子从“冷门”走向了世界最热的风口,合肥成为了全国量子产业发展的中心,成为了引领世界量子科技发展的领头羊,而这都离不开中科大和甘愿坐冷板凳的科学家们。

中科大的量子“三巨头”

而中科大的量子研究要从一封信开始。

1981年,诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼(Richard Feynman)首次提出量子计算机概念。同年,中国量子光学和量子信息科学的开拓者、先行者与奠基人郭光灿通过了公开考试选拔,被公派到加拿大访问学习。郭光灿曾在1960年考入中科大,后获无线电电子学学士学位并留校任教。

在海外访学期间,郭光灿发现,在国内不被认可的量子光学研究已经落后国外20年了。于是,原本做激光器件研究的他决定推进中国量子光学学科的发展。

1983年回国之后,郭光灿做的第一件事就是要开辟中国量子光学领域的研究。彼时,国内很多人还没有听说过量子这个概念,量子信息甚至被认为是伪科学,但郭光灿依旧坚持。1984年,郭光灿主持召开全国第一个量子光学学术会议。此后,他开设国内第一门量子光学课程第一个量子信息实验室。这些看似琐碎的工作却普及了量子光学知识,堪称启蒙。

1998年,郭光灿想谋划组织“量子通讯和量子计算”香山科学会议。香山科学会议是中国科学界的“传统项目”,由科技部(原国家科委)发起,会议以基础研究的科学前沿问题与我国重大工程技术领域中的科学问题为会议主题。

按照惯例,每次香山会议都要找一位著名科学家主持。苦寻无果的郭光灿想起了钱学森,并写了一封信邀请钱学森来主持“量子通讯和量子计算”香山科学会议。

郭光灿当时并不认识钱学森,但为了“量子信息”的未来决定搏一把。没想到,郭光灿很快就收到了钱学森的回信。

我说中国要在这个领域(量子信息)竞争,就要集国内的力量搞。要像当初搞两弹一星那样的方式组织国内最厉害的队伍,集中火力来搞(量子信息)。”钱学森在信里写道。

得到鼓舞的郭光灿开始积极布局。彼时,国家实施973计划,支持有重大应用前景的基础研究。得知这一消息,郭光灿递交了申请书。“我认为量子信息是最合适的,决不能让祖国和自己错过量子信息这个历史机遇。”2001年,郭光灿终于申请到了第一个国家科技部973项目“量子通信与量子信息技术”。

作为量子信息引入国内的第一人,郭光灿苦坐了十余年冷板凳,从未因为前路艰难而退缩,孜孜不倦地为中国量子领域布道,影响了不少学者,其中便包括中国量子之父——潘建伟

1987年,17岁的潘建伟考入中科大近代物理系,曾在一次实验课上,第一次接触量子力学,由此便为量子的神秘而着迷。本科毕业后,潘建伟继续在校攻读理论物理硕士,方向是量子基本理论。

1996年获得硕士学位后,潘建伟投入奥地利因斯布鲁克大学塞林格教授门下攻读博士。在读博期间,潘建伟一直有个信念:“我要在中国建一个和您实验室一样在世界领先的实验室。”

因此,郭光灿组建团队、招募成员的时候,潘建伟毫不犹豫地选择回国,回到母校中科大组建量子力学实验室。而后,潘建伟成为了国际上量子信息实验研究领域的开拓者之一,率先突破量子信息处理关键技术,全面解决了量子保密通信在现实条件下的安全性问题;牵头研制成功国际上首颗量子科学实验卫星“墨子号”;建成国际上首条量子保密通信骨干网“京沪干线”;构建了首个空地一体的广域量子保密通信网络雏形……

同样被招募到项目组的成员,还包括潘建伟的师兄杜江峰。1969年,杜江峰出生于江苏省无锡市,16岁时保送中科大少年班,本科毕业后即留校工作,同时攻读研究生;28岁时开始进军当时最新的量子计算实验研究领域,成为我国最早从事这项研究的科学家之一。

2002年,杜江峰在国际上第一次成功地实现了量子博弈的实验研究,实现中国国内量子计算实验研究工作首次刊发在国际权威杂志《物理评论快报》上;2009年,他带领科研团队首次在真实固态体系中实现了最优动力学去耦。这项研究的重要性在于极大提升了现实物理体系的性能,从而朝实现量子计算迈出重要的一步。

据了解,郭光灿“973”项目研究邀请了50余名研究人员,几乎汇聚了当时国内有可能在该领域开展研究的主要研究队伍,而这些研究人员为中国量子领域输送了中坚力量。其中,潘建伟、郭光灿、杜江峰等三位中科大教授先后走出象牙塔,推动科研成果走向产业,因而被外界称为“中科大三巨头”。

量子一条街批量走出独角兽

师生薪火相传,带领着量子走出实验室,占领产业化的高地。

现如今,合肥已成为量子产业主要聚集地,集聚了产业链企业66家,拥有国盾量子、本源量子、国仪量子等为代表的产业领军企业,并诞生一批重大产业化成果。有趣的是,这批合肥的量子企业竟然带火了一条路——合肥市高新区的云飞路,这条几百米的街道上,坐落着量子领域上下游关联企业20余家,涵盖了量子通信、量子计算、量子精密测量等领域,因为被人称为“量子大道”。

而这条量子大道的形成并非偶然。2009年,中国科学院院士潘建伟团队决定成立国内第一家量子通信产业化公司时,时任合肥高新区领导当即拍板:“你来吧,这里没有质疑。”2009年5月,潘建伟带领学生彭承志等人,成立了安徽量子通信技术有限公司,也就是国盾量子的前身。

在合肥高新区“留学人员创业园”内的一间小小办公室里,国内最早从事量子保密通信产业化的企业逐渐成长起来。2020年,国盾量子登陆科创板,是中国量子科技领域首家A股上市企业。上市首日,公司发行价36.18元,股价大涨923.91%,盘中一度暴涨1002.82%,刷新了当时A股首日涨幅新纪录。

同样坐落在量子大道的知名公司还有本源量子。2017年,中国量子计算行业领军人物中科院院士郭光灿、中国科学技术大学教授郭国平领衔创立了本源量子,是国内第一家致力于量子计算机全栈式开发的企业。

公司围绕量子芯片、量子计算测控一体机、量子操作系统、量子软件、量子计算云平台和量子计算科普教育核心业务,全栈研制开发量子计算,积极推动量子计算产业落地。

目前,本源量子已成为国内头部的量子计算企业,研发出多台量子计算机,并成功交付使用。今年1月,本源量子自主研发的中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”,成功接入长三角枢纽芜湖集群算力公共服务平台,这是“本源悟空”联机的第三个超算中心,标志着中国通算、智算、超算、量算的“四算合一”体系正式建成。

量子大道的另一家明星企业国仪量子,是从中科大中国科学院微观磁共振重点实验室出来的创业公司。2016年底,凭借着在高端科学仪器、关键核心器件的研制领域有着十多年的经验,博士在读的贺羽和恩师杜江峰创办了国仪量子,以量子精密测量为核心业务。

此外,量子领域的产业化开始加速,问天量子、国盛量子等一批量子信息企业相继从合肥涌现。从量子大道到合肥乃至整个安徽省紧紧抓住了第二次量子科技革命浪潮,成为量子科技创新的枢纽重地。

风物长宜放眼量,合肥在量子领域的成绩正是久久为功的结果。

结语

借着回顾合肥和中科大的量子发展史,我们也见识到了中国量子领域的科研实力。数据显示,中国对量子信息技术的投资规模位居世界第一,并建造世界最大的量子实验室。截至2022年中国在量子信息技术上的投入已达153亿美元,远超欧洲的84亿美元和美国的37亿美元。

但从此次清单,我们可以清楚地知道,“第二次量子革命”的竞争进入关键阶段。

在信息时代,量子计算技术一旦突破,掌握这种能力的国家,会在经济、军事、科研、安全等领域迅速建立全方位优势。美国斯坦福大学专家筒井清辉说:“量子计算很可能成为美中竞争的一个比较重要的战场,因为它与安全领域直接相关。科研人员在这一领域的创新竞争愈发激烈,他们需要进一步开发出实用技术。”

量子技术的进步和竞争必将推动创新,量子领域的竞赛是一场谁都输不起的竞争,而中国再也不是追赶者的角色。

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