“一根線”的“卡脖子”問題解決！我國第三代超導(dǎo)量子計算機取得重大突破！

5月15日，媒體從安徽省量子計算工程研究中心獲悉，中國第三代自主超導(dǎo)量子計算機“本源悟空”核心部件——高密度微波互連模組在合肥完成重大突破，成功解決“一根線”的“卡脖子”問題，實現(xiàn)完全國產(chǎn)化。

01 量子計算大腦的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”

量子芯片是“量子計算大腦”，需要在-273.12℃或更低的極低溫環(huán)境中運行。高密度微波互連模組則是“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，既要能準確傳輸信號，又要隔絕熱量，為“量子計算大腦”與外部設(shè)備之間的量子信息傳輸建立起高速、穩(wěn)定的通道。

在高密度微波互連模組中，有一根至關(guān)重要的“線”——極低溫特種高頻同軸線纜。這根線是量子計算機信號傳輸?shù)年P(guān)鍵組件，曾一度被國外壟斷，導(dǎo)致采購價格高昂。

這款國產(chǎn)高密度微波互連模組可為100+位量子芯片提供微波信號傳輸通道，能夠在極低熱泄漏環(huán)境下實現(xiàn)微波信號的跨溫區(qū)穩(wěn)定傳輸。該模組的成功研發(fā)使得量子芯片能夠發(fā)揮出更強大的計算能力，有助于我國量子計算機更高效運行。

02 橫空出世的“本源悟空”

2024年1月6日，我國第三代自主超導(dǎo)量子計算機“本源悟空”上線運行，并向全球用戶限時免費開放。

這是中國量子算力首次大規(guī)模、長時間向全球開放，標志著我國正式進入量子算力“可用”時代，也意味著中國自主超導(dǎo)量子計算機制造鏈已然“成鏈”。

短短3個月內(nèi)，“本源悟空”已經(jīng)吸引了全球117個國家共計511萬人次的遠程訪問，完成了約16.9萬個全球量子計算任務(wù)。

03 二十六年，三代科學(xué)家接力

中國量子計算機的起步，可以追溯到26年前。1998年，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦正在籌辦“量子通信和量子計算”香山科學(xué)會議。為了擴大會議影響，想邀請一位‘大人物’來主持會議。這位“大人物”，就是“兩彈一星”元勛錢學(xué)森。

在致錢學(xué)森的信中，郭光燦大膽建議“要拿出當年搞‘兩彈一星’的精神來搞量子信息”，并熱切邀請錢學(xué)森主持會議。沒多久，郭光燦就收到了錢學(xué)森的回信。錢學(xué)森高度贊同他的觀點，認為“我國應(yīng)集全國力量攻克量子信息系統(tǒng)的技術(shù)問題”。盡管錢學(xué)森因身體狀況未能參會，但他的支持，如曙光一般照亮了中國量子科學(xué)研究的前程。

從那時起，郭光燦開始申請相關(guān)研究項目。2001年，他獲得了我國首個量子信息領(lǐng)域的國家級重大項目資助。

時間來到2010年，郭光燦的學(xué)生郭國平接過接力棒，擔任了“固態(tài)量子芯片研究”重大專項首席科學(xué)家。2013年，郭國平帶領(lǐng)團隊，在“一個電子”上實現(xiàn)了10皮秒級的量子邏輯門運算，將原世界紀錄提高近百倍，為基于半導(dǎo)體材料的量子計算機研究打下堅實基礎(chǔ)。

2017年，郭國平領(lǐng)銜創(chuàng)辦了國內(nèi)首家量子計算機產(chǎn)業(yè)化企業(yè)——本源量子計算科技（合肥）股份有限公司（以下簡稱“本源量子”）。

量子計算機因其強大的計算能力和廣泛的應(yīng)用前景，被視為未來的超級“工業(yè)加速器”。2023年，谷歌做了一項對比測試，結(jié)果表明：完成相同的計算任務(wù)，量子計算機用時3分鐘以內(nèi)，而最快的超級計算機約需50年。

2024年初，本源量子推出搭載72位自主超導(dǎo)量子芯片的量子計算機——“本源悟空”。取名“悟空”，寓意著其擁有“72變”的強大算力。

04 從0做起，每一項研發(fā)都如此！

超導(dǎo)量子計算機產(chǎn)業(yè)鏈有3個關(guān)鍵點，芯片、硬件、軟件。

為了造出中國自主的量子計算機，本源量子建設(shè)了量子芯片制造封裝和量子計算機組裝測試兩大實驗室，完成了從芯片到整機軟硬件的全棧式開發(fā)。

量子芯片需要在-273.15℃的極低溫條件下運行。這就要求連接量子芯片的線纜不僅傳輸信號不失真，還要隔絕熱量。

為解決這一難題，安徽省量子計算工程研究中心與中電科40所聯(lián)合攻關(guān)，研制出適用于極低溫環(huán)境的高密度微波互連模組，并實現(xiàn)了該模組的國產(chǎn)化。這為我國超導(dǎo)量子計算機的產(chǎn)業(yè)化提供了重要支持。

量子計算機組裝測試需要將量子芯片、量子測控儀器儀表、量子操作系統(tǒng)、量子軟件等進行整機組裝和測試。每一項研發(fā)都要從零做起，意味著巨大的挑戰(zhàn)。

“本源悟空”硬件研制團隊負責人孔偉成介紹，新機器匹配了本源第三代量子計算測控系統(tǒng)“本源天機”，實現(xiàn)了國內(nèi)首次量子芯片的批量自動化測試，使量子計算機整機運行效率提升數(shù)十倍。

除了芯片和硬件，“本源悟空”還搭載了我國首個量子計算機操作系統(tǒng)——本源司南3.0版本。操作系統(tǒng)研發(fā)團隊負責人竇猛漢告訴記者，這一系統(tǒng)在國內(nèi)首次實現(xiàn)了對量子計算任務(wù)批處理的支持，不但能夠支持量超協(xié)同計算，還可高效調(diào)度量子計算資源，大幅提升量子計算機整機運行效率。

05 從實驗室走向制造鏈

2024年4月10日，“本源悟空”成功裝備國內(nèi)首個PQC（后量子密碼）“抗量子攻擊護盾”。從算力提升到“攻守兼?zhèn)洹?，標志著我國量子計算機制造鏈更加完備。

目前，“本源悟空”已與多個國家級超算中心以及金融、通信、電力、航空、航天等部門和單位展開合作。這些行業(yè)的積極參與，為中國量子計算機的制造應(yīng)用提供了更為優(yōu)渥的科研土壤。

今年的政府工作報告提出，積極培育新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)，制定未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，開辟量子技術(shù)、生命科學(xué)等新賽道，創(chuàng)建一批未來產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)。

量子計算機制造鏈一頭連著科技創(chuàng)新，一頭連著新質(zhì)生產(chǎn)力。研究團隊將加速量子計算的原理驗證、技術(shù)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用開發(fā)，向著實現(xiàn)大規(guī)?？删幊掏ㄓ昧孔佑嬎銠C的目標穩(wěn)步邁進！

來源：科技日報