中國量子計算機“悟空”即將問世，國內(nèi)首條量子芯片生產(chǎn)線亮相
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量子計算機被譽為新一輪科技革命的戰(zhàn)略制高點，能夠在眾多關鍵技術領域提供超越經(jīng)典計算機極限的核心計算能力，在新材料研發(fā)、生物醫(yī)療、金融分析乃至人工智能領域?qū)l(fā)揮重要的作用。 當前，國內(nèi)外量子科技主要在3個方向展開激烈競爭：量子計算、量子通信、量子測量?！傲孔佑嬎愎こ袒a(chǎn)業(yè)化的推進，要求從科學研究到技術，從技術到產(chǎn)品，從產(chǎn)品到商品，到產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，每一步都要走得極為認真。我們已經(jīng)成功交付一臺量子計算機，但在實現(xiàn)更高位量子計算機上，還有很多技術難點需要攻克?！北驹戳孔訌堓x博士表示。 當量子芯片比特數(shù)達到50~100時，量子計算機就有可能進行有價值的量子計算，并且有希望解決某些經(jīng)典計算機難以解決的重要問題?！叭ツ辏覀兂掷m(xù)在金融、生物醫(yī)****、人工智能領域做了相應的探索，與移動通信、金融等行業(yè)伙伴開始合作?！睆堓x說。 
這幾年，本源量子始終保持在國際量子計算“第一方陣”：2020年，本源量子上線首臺國產(chǎn)超導量子計算機“本源悟源1號”，搭載超導6比特量子處理器和本源量子測控一體機，次年發(fā)布“本源悟源2號”量子計算機……“今年，我們要繼續(xù)攻克實用化量子計算的各個技術難點，推動算法應用落地，逐步建立起我國量子計算產(chǎn)業(yè)的生態(tài)圈。”張輝說。 據(jù)了解，在經(jīng)典計算機的早期研發(fā)過程中，中國十分遺憾地處于跟隨者位置。不過，中國對量子力學前期戰(zhàn)略性的關注和投入，正在取得令人矚目的回報。觀察者網(wǎng)了解到，本源量子即將推出的“悟空”計算機有望成為國內(nèi)頂尖的實用量子計算機，部分報道稱之為“中國最強量子計算機”。 “悟空”的問世究竟有多大意義，與國內(nèi)其它量子計算機有何區(qū)別？中國量子計算行業(yè)與西方尚有哪些差距？2022年12月，本源量子的總經(jīng)理張輝接受觀察者網(wǎng)獨家專訪，透露了“悟空”計算機的更多細節(jié)，并深入探討中國量子計算行業(yè)未來的發(fā)展方向。 
本源悟源量子計算機外景
以下為專訪實錄：觀察者網(wǎng)：實驗室階段的量子計算機，已經(jīng)不算是非常新鮮的事物了，“悟空”量子計算機和芯片有什么特別的意義？是否具備了量產(chǎn)能力？
張輝：現(xiàn)在量子計算機處于剛剛從研發(fā)開始轉(zhuǎn)向工程化的階段。本源最主要的責任不只是在于科學研究， 更重要的是做工程化的量子計算機。如果按整機來算的話，從去年以來總共大概只有兩臺量子計算機的銷售。單純講量子芯片的話，我們一年生產(chǎn)幾百片、幾千片也不是問題。這些生產(chǎn)的量子芯片全部都可以直接用于悟空量子計算機，一臺量子計算機對應專門的一個量子芯片。因為我們剛從研發(fā)開始往工程化上在走，所以芯片的生產(chǎn)還是需要不斷地提升質(zhì)量。我們交付給用戶時，會從我們的測試的芯片中挑一塊相對穩(wěn)定或者質(zhì)量相對好一點的。 觀察者網(wǎng)：以現(xiàn)在的發(fā)展速度，量子計算機大概什么時候可以實現(xiàn)大規(guī)模商用？ 張輝：從全球來看，量子計算的企業(yè)都是剛從研發(fā)開始往工程化商業(yè)化方向前進，目前設立的目標大概是2030年實現(xiàn)。包括IBM、谷歌這些量子計算賽道里面最強的團隊，以及我們本源，都希望在2030年跨入比特位數(shù)比較高的通用量子計算機時代。 觀察者網(wǎng)：量子計算機與經(jīng)典計算機芯片相比，算力如何？適合哪些應用，不適合哪些應用？ 張輝：我們這次推出的最新產(chǎn)品“悟空”芯片，會高于64比特位數(shù)。理論上，n個量子比特位數(shù)的存儲能力，相當于2的n次方個經(jīng)典計算機位數(shù)。但是量子芯片和經(jīng)典計算機芯片的算力不能直接對比，因為量子計算機和經(jīng)典電子計算機能解決的問題領域目前是不太一樣的，只有少部分交點。
本源超導24比特量子芯片量子計算機更擅長海量數(shù)據(jù)并行運算、模擬分子原理，經(jīng)典計算機處理則較為困難。相反，如果用量子計算機去處理傳統(tǒng)計算機很擅長的加減乘除、運行游戲、播放視頻電影等功能，我覺得這體現(xiàn)不出來量子優(yōu)勢，量子計算機并不對這些問題有直接的加速的作用。短期內(nèi)，量子計算機應該不會去解這些問題，因為經(jīng)典計算機已經(jīng)解得非常不錯了。 觀察者網(wǎng)：那么量子計算機的具體應用方向有哪些？在本源量子云的網(wǎng)站上，將近一半的應用都是金融。在這方面，量子計算有什么特殊的優(yōu)勢嗎？在實際應用中，效果如何？ 張輝：量子計算機在海量數(shù)據(jù)并行運算、模擬分子原子的運動規(guī)律，或者是生物、化學材料合成領域，有得天獨厚的優(yōu)勢。我們做量子計算機，就是從數(shù)學或物理的層面去制造這個工具。我們設計的這些算法，映射到實際應用當中，可以解決很多金融、生物醫(yī)****、化工材料、人工智能行業(yè)的數(shù)學問題。 我們率先在金融方向上有比較多的應用，首先是因為金融行業(yè)對這種前沿的科技可能會比較敏感一些，比較愿意先去試用，所以我們現(xiàn)在在金融方向突破比較快一點。當然，你也可以看到我們在人工智能、化學材料這些方向上也在做相應的一些部署。這個是由市場規(guī)律決定的，即市場前景相對廣闊一點的行業(yè)，包括生物醫(yī)****，可能會對這種先進的技術更為敏感、需求度會高一些。所以我們也會率先在這些行業(yè)上開展量子計算的一些部署工作。 觀察者網(wǎng)：本源量子計算云已經(jīng)在運行，其實際應用效果如何？ 張輝：我們是從底層的物理和數(shù)學問題上去設計一些算法，幫助我們的用戶去解決他們的實際問題。量子計算從研發(fā)往商業(yè)化的過程中，一方面需要我們積極地去跟用戶走近，另一方面用戶也要跨一步向我們這邊走。
比如說生物醫(yī)****，我們其實對生物醫(yī)****這個行業(yè)并不了解，所以我們會開放量子云平臺給我們的用戶來訪問和使用，我們需要生物醫(yī)****的這些伙伴們來提供他們行業(yè)中的問題，以及這些問題對應的數(shù)學模型、物理模型，這樣更直接、有針對性地解問題。
觀察者網(wǎng)：本源量子把谷歌、IBM的超導量子計算機，以及英特爾的半導體量子芯片作為對標對象。相比國外的量子計算機，本源量子哪些地方更為優(yōu)越？哪些地方還有待趕超？ 張輝：從目前本源的產(chǎn)品和研發(fā)進度上來看，硬件方面我們比他們落后一些。我們所說的對標，意思是谷歌、IBM以及英特爾等都是我們的目標、我們尊敬的學習對象。不過，在國內(nèi)，作為一個整體生態(tài)而言，本源目前還是有一定優(yōu)勢的，比如在軟件和操作系統(tǒng)方面，以及我們的Q-EDA（量子電子設計自動化）工具。今年的全球量子計算發(fā)明專利排行榜上，本源也有幸能夠排到全球第六位。當然，我們跟前面這些老大哥們還是有一些差距的，這也是我們前進的方向。
觀察者網(wǎng)：很多報道稱，中國的量子力學處于全球領先地位，如何理解這種領先？為什么中國在硬件方面還在追趕國外企業(yè)，差距有多大？ 張輝：中國在量子科學研究方面的確在全球處于第一梯隊，所以中國人應該對量子信息和量子技術有信心。中國在論文數(shù)量、專利數(shù)量名列全球前茅。 但是在量子計算賽道里面，我們相對落后一些，因為其中涉及到很多工程化的問題，而我國整體工業(yè)基礎會落后一些。比如說，量子計算的超導和半導體這樣兩條路徑，需要用到傳統(tǒng)計算機中的一些集成電路芯片的技術、設備，這些方面國內(nèi)相對落后一些。從公開數(shù)據(jù)上看，我們整體落后大約3~4年。 另一個很重要的差距，是IBM和谷歌這些非常領先的團隊，大概從上世紀的90年代就開始做相應的部署，他們在工程化路徑上的探索遠遠早于我們本源。本源是國內(nèi)最早成立的量子計算公司，但那也已經(jīng)是2017年了。我們國內(nèi)才剛開始往量子計算工程化的路徑上探索。 觀察者網(wǎng)：10月5日，英特爾稱自己成功地研發(fā)出了具有“顯著均勻性”的量子芯片，300毫米的硅片良品率達95%。我國的芯片研發(fā)目前處于什么水平，何時可達到英特爾的水平？ 張輝：英特爾是一個非常偉大的企業(yè)，它在傳統(tǒng)計算機芯片的設計制造上，應該說是全球老大哥的角色了，所以它的整個集成電路和芯片制造經(jīng)驗、設備、人才等，應該說都遠遠領先于全球所有團隊，這是它的一個非常大的優(yōu)勢。量子計算作為一個新興技術，從最底層的材料開始，都需要去重新研發(fā)和制造。針對量子計算需要的材料，英特爾有非常先進的技術、設備以及人才積累。他們從原材料晶圓開始就有非常先進的技術，這是我們需要學習的一個點。 觀察者網(wǎng)：您提到量子計算也需要集成電路、半導體技術，這是不是意味著量子芯片也可能受到美國技術封鎖的威脅，可能沒法真正幫助中國“彎道超車”？ 張輝：首先，我認為量子計算這個技術應該屬于全人類的，我相信未來在量子計算賽道里面，中國人也會貢獻中國人的智慧和力量。雖然我們現(xiàn)在努力在追趕國際上最好的團隊，但我們也有一些比較好的原創(chuàng)性技術產(chǎn)生，所以我覺得未來人類的量子計算也一定是有中國人參與的。 另一方面，雖然我們是追趕的角色，但是放眼全球，量子計算目前處于比較白熱化的競爭狀態(tài)。我們經(jīng)常講的是希望中國在量子計算領域上首先“不踏空”。我希望我們能夠去為我們的國家努力在量子計算賽道里面爭取一些比較核心的專利，然后未來能夠代表國家去參與全人類量子計算的整個部署工作。 但現(xiàn)階段而言，這些國際上最強的團隊確實無論在資金、人才、設備上都遠遠領先于我們。彎道超車，我覺得還是很遙遠的一個事情。本源現(xiàn)在是在努力靠近他們，希望能夠為量子計算貢獻我們的力量、智慧。 觀察者網(wǎng)：那么從國內(nèi)來看，“悟空”算得上是全國最強量子計算機嗎？ 張輝：從國內(nèi)公開的信息上來看，在工程化的量子計算機生產(chǎn)制造上，本源是目前唯一能夠向用戶去交付工程化量子計算機整機的公司。另一方面，現(xiàn)在公眾對量子計算機的認知，可能比較關注比特數(shù)這個參數(shù)指標，包括IBM做到433比特，包括谷歌做到72比特，大家都在用比特數(shù)在做比較。從公眾比較關心的參數(shù)量上，悟空在國內(nèi)目前公開報道上應該是最高的。所以從這兩個維度上，可以認為我們即將發(fā)布的悟空量子計算機應該是國內(nèi)最先進的一代量子計算機。 觀察者網(wǎng)：悟空量子計算機，與國內(nèi)更早前發(fā)布的九章計算機在路線上、能力上有什么區(qū)別？為什么悟空似乎知名度要低一些？ 張輝：九章是我們中科大潘建偉院士團隊的項目和成果，在全球來看，它是光學體系下，最早能夠在科研環(huán)境中達到量子優(yōu)越性（比任何經(jīng)典計算機都能更快解決問題）的量子計算機，非常了不起，所以相對來說在國內(nèi)知名度也會更高一些。這就像谷歌19年達到量子霸權一樣，我相信谷歌的這項成果在未來人類量子計算史上也是具有里程碑意義的事件。之后IBM等也有很多量子優(yōu)越性的成果，知名度就不會有“第一臺”這么高。
九章量子計算機 目前我們的悟空量子計算機還在籌備階段，本源的一個目標是希望在工程化以及向用戶交付可用的量子計算機上，能夠更務實地跨出這一步，接下來能夠在解決實際的應用問題上得到用戶的肯定，這是我們在努力做的一件事情。 觀察者網(wǎng)：悟空量子計算機采用什么樣的一個技術路線呢？相比九章是用光學的話，兩者區(qū)別是什么？ 張輝：悟空采用的是超導技術路線，簡單理解就是用電學體系。 目前從量子計算的最底層的技術來看，據(jù)不完全的統(tǒng)計，全球大概有十幾條的路徑。我經(jīng)常打個比方，今天的量子計算機相當于上世紀五、六十年代還處于電子管時代的經(jīng)典計算機階段；當時，晶體管還沒有發(fā)明，集成電路更沒發(fā)明，未來它收斂到哪個技術上，目前還是不能有定論的。 從全球來看，包括剛才提到的超導，還有半導體路徑，都是電學體系。此外還有光學體系、離子阱、冷原子等很多種技術路徑。每一條路徑，從目前來看，都是有它的優(yōu)點和缺點，目前還沒有哪一條路徑一定是完全收斂的。 目前全球的產(chǎn)業(yè)化和工程化方案中，電學體系相對來說更成熟一點，或者說推進的更快一些，包括IBM、谷歌、英特爾這些比較老牌的計算機公司都是在電學上做部署。這是因為電學的工業(yè)基礎好，與經(jīng)典計算機存在部分相通性，在工藝、技術、設備、人才經(jīng)驗上都已經(jīng)有非常多的積累，相比其他新的體系，像光學、離子阱、冷原子等，是有更多的工業(yè)條件去實現(xiàn)。 而光學、離子阱主要是一些研究團隊或者一些初創(chuàng)公司在做，他們會更愿意選擇新的路徑去探索實踐。目前量子計算賽道的階段特點還是百花齊放，我相信未來根據(jù)每條路徑的推進情況，慢慢的也會有一些路徑被淘汰掉，有一些路徑可能會整合，最終大家會慢慢的去收斂，形成人類未來量子計算機的形態(tài)。本源量子現(xiàn)在主打電學體系，我們有兩條路徑：一條是超導，即IBM，谷歌現(xiàn)在主推的，還有一條就是英特爾在主推的CMOS（互補式金氧半導體）工藝，或者說半導體量子點技術。 觀察者網(wǎng)：公開信息顯示，本源量子在2017年注冊時注冊資本僅720萬元。短短五年時間，你們是如何發(fā)展到今天的規(guī)模？ 張輝：本源應該是生在一個非常好的時代，是“天時、地利、人和”。量子計算這幾年在全球快速升溫，所以這個賽道吸引著越來越多的資本、人才、專家，這是一個非常好的“天時”。
“地利”指的是，我們國家正在全力推進科技創(chuàng)新，從中央政府往下，這幾年都非常鼓勵原創(chuàng)技術和硬科技的發(fā)展，高校獲得了大力支持。我們從中科大孵化出來，在科技發(fā)展和技術上比較有優(yōu)勢。
“人和”方面，在本源成立之前，我們的團隊就非常早地從科學研究上涉足到量子計算，2003、2004年我們就開始做這方面的事情，積累了非常多的經(jīng)驗、技術，最重要的是積累了一批人，這一批人也是本源能夠快速奔跑的一個核心條件。
觀察者網(wǎng)：在營收方面，你們目前處于什么樣的狀態(tài)？是否支出大于收入？ 張輝：是的。至少從我們目前掌握的信息來看，所有的量子計算公司應該都是研發(fā)投入大于產(chǎn)出的。本源非常重視研發(fā)，特別是人才的培養(yǎng)，資金投入還是比較大的，至少遠大于我們的產(chǎn)出。我們也得到政府和基金在資金上對我們非常大的支持，能夠讓我們團隊心無旁騖的全力往前沖刺。
本源工作人員調(diào)試悟源計算機 觀察者網(wǎng)：過去一年，特別是過去幾個月，整個科技行業(yè)的融資有降溫的趨勢，包括很多美國的科技企業(yè)都在裁員，這個對你們有沒有什么直接或間接的影響？ 張輝：量子計算賽道里面，我們看到的一些報道是，無論從各個公司的融資數(shù)據(jù)上，還是從量子計算專業(yè)人才的數(shù)量上，都是在逆勢增長。整個大環(huán)境處于下降態(tài)勢，很多科技企業(yè)在裁員，很多的資金投入可能在減少，但是量子計算賽道應該還是在持續(xù)升溫的狀態(tài)。 觀察者網(wǎng)：量子計算下一個重大突破點在哪？ 張輝：我認為量子計算下一個爆發(fā)點一定是在應用端實現(xiàn)量子優(yōu)越性或者說量子霸權。從2019年開始，谷歌率先實現(xiàn)量子霸權，解決的是隨機采樣的數(shù)學問題。到2020年左右，九章用光學體系去實現(xiàn)了玻色采樣的量子優(yōu)越性。全球最先進的團隊都在努力把量子計算機造出來，首先去實現(xiàn)一些科學研究上的突破。 我認為下一個爆發(fā)點一定是在實際的應用場景中實現(xiàn)量子優(yōu)越性，讓量子計算機真正在一些具體問題上能夠展現(xiàn)出它的價值。*博客內(nèi)容為網(wǎng)友個人發(fā)布，僅代表博主個人觀點，如有侵權請聯(lián)系工作人員刪除。
