中科院院士郭光灿：“要把我国量子计算机卖到国外”

liukang20241天前998吃瓜232

边策发自凹非寺量子位报导 | 群众号 QbitAI

在中科大校园里，有这样一位院士，他留校任教56年，年近耄耋却仍站在科研一线，还自嘲做了几十年的“少数派”。

本年6月，他所带领的量子核算团队打造出“量子U盘”，将光信息存储在特别晶体中1个小时，被新华社、人民日报等各大媒体转载，登上热搜。

他的学生创办了我国第一家量子核算公司，现已推出了数款量子核算机芯片。

他便是是我国量子光学和量子信息范畴的先行者、中科院院士、中科大教授郭光灿。

“锁住”光的物理学家

4个月前“量子U盘”这项研讨成果在网上引起了巨大的颤动，也引发了群众关于量子光学的好奇心：

怎么将速度每秒30万公里的光线存储在固体里？这项技能技能又对量子核算有哪些协助？

带着这些疑问，量子位与郭光灿院士进行了一次对话。

其实，量子U盘的原理是用固体原子与光子的效果，当原子被激起后，光的情况就被存储起来。终究经过一系列操作再将激起原子转化为光信号。

从1分钟到1小时，时刻的延伸让许多曩昔不行思议的物理试验变得或许。

郭光灿向量子位解说道：

当存储时刻到达小时级后，就能够将两个相距几百公里天文台拍照的信息存起来，再用飞机高铁将量子U盘运到一处，经过比照能把望远镜分辨率进步上万倍。

在量子核算范畴，其用处更是推翻性的。

假如把“量子U盘”用于量子核算机，那么咱们破解现在最高加密等级RSA-2048所需的量子比特数或许会降到几万。

上世纪80年代，量子核算机被初次被提出。物理学家费曼以为量子核算机具有一些经典核算机无法比拟的优势。

之后，便是闻名的Shor算法呈现，这是一种运用量子核算机破解非对称加密的算法，能够让现在的RSA公钥系统失效。

简而言之，量子U盘的呈现，会让破解加密的量子核算机更简单制造出来。

△量子U盘登上Nature子刊

近年来，国内量子核算、量子通讯研讨研讨如火如荼，量子通讯卫星“发射升空”，量子技能可谓家喻户晓。

可是在二十年前却是不大被人们了解的“少数派”，这也是郭光灿对自己曩昔二十多年研讨的总结。

用二手仪器做量子试验

现在“量子U盘”几百万的视频播放量，背面却是“少数派”二十多年的困难与孤寂。由于在二三十年前，即使是业内人士也认识不到量子核算的重要性。

1984年，郭光灿靠着2000元的经费办起了我国第一次量子光学会议，90年代末就开端研讨量子信息，并将国外的量子信息教材引进国内。

但理论上的东西变成实践，总要跨过工程技能上巨大的间隔。

就像人工可控核聚变相同，量子核算机何时能做成，未来会以何种方式完成与运用，所有人心里都没底。仅当下就有超导电路、离子阱、半导体自旋系统等不同计划。

和谷歌、IBM不同，国内的量子核算技能以高校和科研机构为主导，经费不足成为郭光灿面临的首要问题。

郭光灿仍记住，在十几年前，他从校园借来了一笔800万的科研经费，关于量子核算来说是无济于事。

800万是做不成的，最少得一个亿，幸亏其时有金融危机，美国许多校园把他不必的仪器修修，然后就拿出来卖二手货，所以我6台仪器5台是二手货买来今后牵强就牵强能够用，我能够自己做芯片，能够自己做试验。

就在那样艰苦条件下，团队坚持了五六年。

然后科技部要搞一个超级973，我立刻提了量子核算机、量子芯片。所以咱们就拿到了1.3亿的钱，这个是最大的。

经费上的困难处理了，在工程上量子核算机还面临两大困难。

一是怎么防止消相干，二是怎么精准控制量子国际。

“消相干严峻的话，量子核算机它就主动演化，量子性就消失掉了，它的并行运算才干就没了。“

“为了补偿消相干，价值是浪费资源。或许你得用100个1000个的物理比特编码1个逻辑比特。“

而量子U盘便是一种防止光子消相干的技能。

人类还不知道怎么控制微观国际。在经典国际，人类的控制才干很强，能够发射机器人到火星上收集样品，进行剖析，并把剖析成果的信号传回地球。可是人类对微观国际的控制才干远未到达这样的水平，这是极大的应战。

郭光灿竭力在用浅显的言语向咱们解说这些深邃的技能问题。

曩昔而他也是在教材中向学生向这样浅显解说一个个物理概念，他编写的《光学》教材影响了一大批我国物理人。

而现在量子核算和量子信息现已成为国家重要科技战略，郭光灿先后担任国家科技部973项目“量子通讯与量子信息技能”首席科学家，我国科学院重要方向项目首席科学家，国家基金委立异集体学术带头人，国家科技部中长期规划“量子调控”重大项目“量子通讯与量子核算的物理完成”首席科学家。

本年除了“量子U盘”外，郭光灿团队的另一篇量子核算研讨成果也登上了Nature：他们运用固态量子存储器和外置羁绊光源，初次完成两个吸收型量子存储器之间的可预告量子羁绊。

更爱用“量子霸权”一词

近年来，跟着国内外量子核算技能上的重大突破，量子核算现已不再是“少数派”。

郭光灿以为，国外的量子核算商业化之路现已如火如荼，科技巨子的许多投入，让咱们在短短5年内见证了量子核算的3大重要进程碑：

1、2016年头，IBM 5量子比特的量子核算机云渠道上线；

2、2019年头，IBM第一台20比特商用量子核算机；

3、2019年末，Google用53比特量子核算机完成“量子霸权”，用3分钟时刻算完了经典超级核算机10万年才干算出的问题。

比较“量子优越性”，郭光灿更喜爱用“量子霸权”这一翻译。由于这不只意味着在某些算法上量子核算机对经典核算机的制霸，也表现各个国家在量子核算上的剧烈竞赛。

在技能上，我国正在快速赶超，尽力脱节技能上受制于人的局势，总算也在上一年完成了“量子霸权”。

本年，中科院开宣布为量子核算机供给超低温环境的“稀释制冷机”，而曩昔这种中心机器只能依靠进口。

由于量子核算是各大国必争的科技顶峰，中心技能一向对他国封闭，“稀释制冷机”的呈现标志着量子核算“卡脖子”现状正在逐渐改进。

你卡我的时分，我或许慢一点，等咱们补好了就更快了。我以为没有什么被量子核算这种技能更难更不行战胜，都能够处理。

处理“卡脖子”仅仅第一步，郭光灿还有更大的大志。

“把我国量子核算机卖到国外去”

郭光灿以为，我国与国际顶尖的量子核算技能只要3年的间隔。和某些职业比较，量子核算技能的代差算是很小了。

但令郭光灿担忧的，不是技能上的间隔，而是量子核算的运用生态：

3年不算长，可是假如人家生态很好，他们指数上升，咱们线性上升，间隔就拉开了，咱们就跟不上了。

但国内现在的现状是：

1、从事硬件研制和出产的公司并不多；

2、量子核算的生态还没有构成，间隔会越拉越大。

尽管百度、阿里、华为等先后推出了量子核算渠道，但大多数是软件模仿，仅能模仿规划较小的量子核算机，郭光灿以为，终究研讨仍是要回归到硬件上来。

而国内现在成功商业化的量子核算机硬件公司也仅有量子根源一家。

在量子硬件研制方面，郭光灿以为，谷歌的经历值得学习。

当年谷歌不惜重金挖来加州大学圣巴巴拉分校的闻名学者John Martinis，极大加快了谷歌的研制进展。

而这方面，国内企业做得还不行。

国外像IBM、Google这样的科技巨子牵头来做，现已构成了量子化学、药物研制等实践运用，只要让其他企业都用起来，才干促进量子核算生态的开展，

“把我国的量子核算机卖到国外去”，这是郭光灿的愿景，他以为处理了国产机器的软件生态问题，有了自己的量子操作系统，这一天不会太远。

80岁坚持写量子核算科普

最令郭光灿忧心的是，国内优异的量子核算人才外流，产业界又缺少人才流入。

郭光灿说，他的团队许多学生在量子核算上展现出优异的天分，可是到国外留学后不得不抛弃量子核算专业，令他感到怅惘。

在人才系统建造上，咱们能够输血，但更重要的是提高自己的造血才干。

引进人才当然能“走捷径”，但培养人才的爱好是要害，所以郭光灿要让学生爱上量子核算工作。

不只对团队内的博士生竭尽所能支撑，还要让更多“外行人”参与进来。

尽管已年近耄耋，但郭光灿坚持笔耕不辍，还在编写一本量子力学科普读物《推翻：迎候第2次量子革新》。该书现已排印印刷，估计年末前将正式出书。

郭光灿不只由于他在科研上获得的很多注目成果，还由于他一向坚持物理学基础教育，不少高校都在运用郭院士编写的物理学教材。

可是面临量子核算与量子信息科普书本的匮乏，80岁的郭光灿决议再次拿起科普育人的笔。

无疑，核算机和人工智能是现在学生挑选的抢手。

郭光灿期望这本科普读物能让学核算机的人也爱上量子核算，由于这个职业太需求两方面都懂的穿插人才了。

所以在月底行将举行的2021我国核算机大会（CNCC）上，郭光灿决议做一场名为《量子核算机开展情况》的陈述。

他也是本年CNCC特邀的两位中科院院士之一，也是仅有参会的物理学家。

谈到核算机和人工智能，郭光灿笑着说：“你们了解的张钹院士，他是我的福建老乡。”

关于国内的物理系学生来说，郭光灿闻名不只由于他在科研上获得的很多注目成果，还由于他一向坚持物理学基础教育。

现在跟着量子核算的大热，他期望能“借着春风”将量子核算介绍给每个人。新书是一次测验，参与核算机学术会议也是。

不知在本年的CNCC上，物理和核算时机碰出怎样的火花。

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标签: 郭光灿中科院量子院士计算机

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值得一提的是，本次峰会被誉为我国现在“规划最大、规范最高、产学研教结合最严密”的一次量子核算峰会。

据悉，我国科学院院士郭光灿、我国自主超导量子核算机“悟空”研发团队负责人郭国相等将到会峰会，并为来自全国20多所高校的70多位量子核算优异潜在人才颁布量子核算编程挑战赛奖项。

据了解，本次峰会旨在会聚量子核算上下流工业同伴，活泼工业沟通协作，探寻使用生态场景，助力人才培养与展开，推进国内量子核算工业全链条展开。

量子核算，望文生义是在核算数据过程中选用量子比特而非经典比特的技能。该技能使用量子叠加态原理处理信息量的速度呈指数级增加，能够用8小时破解经典核算机需求百年时刻方能破解的2048位RSA暗码。民生证券表明，量子核算有望成为处理AI算力瓶颈的颠覆性力气。

从工业链来看，据头豹研讨院剖析，量子核算职业工业链上游为环境与测控部分，首要包含量子比特测控体系、量子比特环境、芯片、资料；工业链中游为硬件整机制作与软件，首要包含整机制作和体系与使用软件开发；工业链下流为运营和使用环节，首要包含云渠道以及职业使用。

从全球视界来看，包含英伟达、IBM、谷歌在内的一众厂商纷繁参加量子核算范畴，现在IBM与谷歌量子核算机均选用超导技能道路。国内方面，我国第三代自主超导量子核算机“根源悟空”于今年头上线运转，该量子核算机搭载72位自主超导量子芯片“悟空芯”，是现在我国最先进的可编程、可交给超导量子核算机。

依据ICV的陈述，2023年全球量子核算工业规划到达47亿美元（约合341亿人民币），估计2023-2028年市场规划的年平均增加率（CAGR）将到达44.8%。在2028-2035年，市场规划将持续敏捷扩展，估计到2035年总市场规划有望到达8117亿美元（约合5.89万亿人民币）。其间，金融、化工、生命科学范畴有望愈加获益量子核算工业展开。

量子核算作为新质生产力的重要方向，今年以来，在方针上也频获支撑：

2024年两会政府工作陈述在“加速展开新质生产力”中，提出“拟定未来工业展开计划，拓荒量子技能、生命科学等新赛道，创立一批未来工业先导区”。

3月29日，国务院国资委遴选确认第一批新质生产力的启航企业名单，要点布局了人工智能、量子信息和生物医药范畴。

5月29日，中心网信办、市场监管总局、工业和信息化部联合印发《信息化规范建造行动计划（2024—2027年）》，其间说到，加速量子信息规范布局，推进术语、功用模型、参阅架构等根底通用规范研发，展开量子核算、量子通讯、量子丈量等要害技能规范研讨。

本文源自：科创板日报

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可是，量子核算机则有潜力能够快速破解传统核算机或许永久无法处理的杂乱暗码体系。这或许会根据 1994 年由彼得·肖尔（现为麻省理工学院教授）提出的量子分化算法完结。

虽然曩昔 30 年来研讨人员取得了巨大发展，但科学家们仍未制作出满足强壮的量子核算机来运转肖尔的算法。

一些研讨人员正在尽力制作更大的量子核算机，而另一些研讨人员则测验改善肖尔的算法，以便它能够在较小的量子电路上运转。大约一年前，纽约大学核算机科学家 Oded Regev 提出了一项严重理论改善。他的算法运转速度更快，但需求更多内存。

根据这些研讨成果，麻省理工学院的研讨人员提出了一种结合了 Regev 算法速度和肖尔算法内存功率的折中办法。这个新算法与 Regev 的算法相同快，但需求更少的量子构件（称为量子比特），而且对量子噪声的容忍度更高，这或许使其在实践中更简略完结。

从长远来看，这种新算法或许为开发能够反抗量子核算机破解才干的全新加密办法供给辅导。

“假如大规模的量子核算机终究被制作出来，那么分化算法就失效了，咱们有必要找到其他的加密办法。但这真的会是个要挟吗？咱们能让量子分化算法变得有用吗？咱们的研讨或许让咱们离有用化更近了一步，”福特基金会工程学教授、核算机科学与人工智能实验室（CSAIL）成员兼该论文的资深作者 Vinod Vaikuntanathan 说。

该论文的首要作者是麻省理工学院电子工程与核算机科学系的研讨生 Seyoon Ragavan。这项研讨将在 2024 年世界暗码学会议上宣布。

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