光量子芯片、MOSS、空间曲率丨在量子的世界起舞

互推小编 2023-06-03

3 月 30-31 日，全球青年科技领袖峰会在北京海淀成功举办，本次大会以「人类，为了什么需要创新？」为主题。

峰会共持续两天，在 31 日下午的“量「话」未来”板块，专注量子领域的学术专家、创业者以及投资人代表等发表主题演讲，向观众介绍研究、开发的最新进展与前沿思考，并在炉边对话环节中分享了各自的真知灼见。

光量子计算驱动产业变革

在 DeepTech 高级总监张昊的主持下，图灵量子产品研发总裁杨林首先发表主题演讲，介绍了图灵量子在光量子计算前沿赛道下的探索实践，以及该领域在产业化方向的潜在机会和变革。当前，随着集成电路工艺逼近物理极限，摩尔定律面临失效，亟需出现更新的计算范式来满足日益增长的算力需求。而量子计算遵循量子力学规律，调控量子信息单元进行计算，借助量子叠加和量子纠缠等基础原理，，带来超越经典计算的计算潜力。杨林表示，目前量子计算正处于产业化的前夕，而图灵量子所从事的光量子计算路线有望与人工智能等新一代信息技术一起形成颠覆性的创新，对大量产业、行业带来变革性影响。

图丨图灵量子产品研发总裁杨林

杨林介绍道，图灵量子在大规模光子芯片制备方面拥有两个杀手锏级别的核心技术，分别是基于飞秒激光直写的三维光量子芯片技术和新一代的光子集成材料——铌酸锂薄膜光子芯片技术，并集合大量自研技术推出了全世界首台商用科研级的光量子计算机 TuringQ Gen 1。而在产业实用性与下游生态构建上，图灵同样布局了软件求解器等技术，目前已经在金融风控、生物医药等领域进行了产业化尝试。杨林表示，将量子计算的算力与更多不同的产业结合，是他们当前的重要目标之一。

好奇心驱动下的量子科学

随后，清华大学物理系副教授，也是 2021 年“35 岁以下科技创新 35 人”中国入选者之一的胡嘉仲分享了他在量子物理领域的探索。胡嘉仲介绍道，他的工作是开发量子计算机和量子模拟机，但具体到每天，他其实是在操控每一个原子的运动状态，让它们在量子的世界里起舞，从而在原子层面重新拼接出任意想要的物态或状态。他在峰会现场生动地展示了其在实验室中对随机量子比特进行重新初始化的工作，并表示他们团队凭借自身的算法和硬件优势，可以将所有探测、计算以及算法的决策和硬件的执行全部进行并行的计算，节约了大量的时间和算力，使得他们在可实现的规模和尺寸上领先国际同行一个数量级以上。

图丨清华大学物理系副教授胡嘉仲

谈到量子计算乃至科技创新的初衷，胡嘉仲表示除了为国家建立技术优势、推动产业变革发展等大目标之外，满足自己对于未知世界的好奇心可能是更个人化的理由。他分享了当前在思考的 3 个“终极”问题：1. 是否存在一些全新的物态；2. 我们能否在实验室内构建并且实现虫洞穿梭；3. 空间曲率发生扭曲后会不会出现新的物理现象。同时，通过伽利略制造望远镜观测星空以及人类第一次低温实验等例子，胡嘉仲表示好奇心引导下的仰望星空可能标志着一个文明的开始，希望大家在科研路上不忘初心，牢记使命。

迈向高保真度、大规模量子比特测控的低温 CMOS 集成电路

电子科技大学教授，也是今年 TR35 中国入选者之一的王成则带来了一次干货满满的分享，以“迈向高饱增度大规模量子比特测量的低温 CMOS 集成电路”为题介绍了他的研究成果。据介绍，真正实用的量子计算机距离实现还有很长的路要走，而当前除了量子比特数量的扩张之外，室温常规的量子测控系统也是制约其发展的关键瓶颈之一，测控端需要跟上量子比特扩张的步伐。

图丨电子科技大学教授王成

王成首先介绍了业界的常见解决方案，包括 RF-on-Fiber 技术和单磁通量子 SFQ 技术，不过两种方案都存在各自的缺陷和固有问题。王成从事的低温 CMOS 集成电路技术则是一种新型解决方案，采用商业化的 CMOS 制程，设计工作在 1~4K 温区的低温 CMOS 阵列上实现脉冲发生、反射测量、偏置等所有的技术环节，然后把它集成在一起，对 10mK 温区下的量子比特阵列进行测控。王成表示，只要其容纳的 1000 个量子比特阵列可以达到 3 个 9 以上的保真度，即可量变到质变，完成从物理量子比特到逻辑量子比特的重要环节。

同时，王成也指出该技术路线也面临着很多挑战，如低温下器件的自加热问题、晶体管散热性问题、量子测控的高保真度要求等等，也提出了相应的解决方案，但仍有大量的攻关工作需要完成。总的来说，王成的研究成果为量子计算技术的发展提供了新的思路，低温 CMOS 集成电路技术的出现，为跨越当前量子计算的瓶颈提供了一种新的解决方案。

量「话」未来，炉边对话

在高榕资本副总裁陈玥雯的主持下，华控基金董事总经理、合伙人金豫江，北京大学物理学院助理教授、博士生导师陈基，和图灵量子产品研发总裁杨林三位嘉宾围绕光子、量子计算领域的科研、成果转化、商业化以及投资机遇等展开了精彩的探讨。

图丨“量「话」未来”板块炉边对话

在对各自的研究和工作领域进行简单介绍之后，陈玥雯首先向三位嘉宾发出了畅想量子未来终极想象的邀请。对此，杨林表示他们希望将更大规模的通用量子计算机作为算力底座，服务于类似《流浪地球 2》中 MOSS 这样的通用人工智能，同时也与经典计算机融合，在金融、能源、材料、生物医药等领域产生颠覆性的变革。作为基于经典计算机使用量子蒙特卡洛方法研究量子力学、凝聚态物理等学科的年轻科学家，陈基认为自己的工作是当好人工智能在量子力学领域的老师，让 AI 能够学对、学好，从而解放部分生产力。金豫江则铿锵有力地表示，科技创新的终极想象总结下来就是三点：长生不老、无所不能、无穷无尽。

在被问到量子计算的拐点和最佳投资窗口期时，金豫江表示真正的拐点一定出现在产业商业化能够爆发的时候。他提到投资的逻辑一般比较讲确定性，但从经典计算的发展历程来看，量子计算产业化还需要相当长的时间。不过，金豫江也强调投资机构不能错过这种战略性的行业机遇，华控基金在量子领域也做了广泛的布局，并尽量选择一些预期收益和风险相匹配的企业，争取在通用量子计算来临之前能够实现沿途下蛋，在部分场景率先落地。

在谈到最近热议的室温超导研究时，陈基表示含氢体系能够存在高温超导在理论上并无太多争议，但挑战在于是否可以在实验室中合成出来并拿出充分的证据，以及将工作压力降到日常使用可接受的范围内。就此，目前的理论计算方法也尚待进一步改善，他也将致力于用先进的机器学习方法提高计算精度，从而给实验的同行更有用的建议。在被问到图灵量子最近在 AI 与蛋白质生成领域的实践时，杨林提到 AI 与量子计算的结合是一个双向赋能的过程，其目前在蛋白质生成领域已达到国际先进的水准。不过他也强调，单单一家公司的投入远远不够，尤其是我国的生物医药研发企业需要更多地与量子相关的研究团队合作，追赶与西方发达国家的差距。

最后，陈玥雯就中国式自主创新问题向三位嘉宾发问，金豫江表示经过几十年的发展，我国在创新体制，包括经费支持、市场化等方面上已经与海外趋同，在科技、创业环境上的差距也在不断缩小，可能只有半年到一年的差距。不过我们也应该看到，在这“百年未有之大变局”的节点上，芯片等关键领域被“卡脖子”的问题非常明显，自主式创新更显得尤为重要，是整个生产力发展的长期推动力。创业者要思考在这一大背景下自身的机会和风险，设计出适合自己的创业方向和思路。陈基则从一线科研人员的角度出发，表示当前中外差距已经非常小，假以时日必定可以赶超西方，所以提醒广大科研人员要保持耐心，不要自乱阵脚去追捧表面创新，要打好基础，孕育中国特有的科研文化，实现自主创新。杨林则从企业家的角度指出中国式自主创新需要更加重视从 0 到 1 的原创性创新，并举了最近在集成电路、人工智能领域的惨痛教训为例，强调追赶者的劣势和原创性创新的重要性。同时他也以量子计算赛道为例，说明了我国在上游材料、元器件等方向受到较大限制，所以我们应当更加关注如何利用新的举国体制对整体产业链布局进行帮助和早期培育。

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