图为位于安徽省合肥市的量子计算机组装测试实验室。
在本源量子的量子计算机装配测试实验室，安徽省量子计算工程研究中心副主任、“本源悟空”云服务开发团队负责人赵雪娇介绍了量子计算机的重要组成部件。
图为本源量子量子芯片生产线。
图为本源量子工作人员正在测试量子计算机。
图为我国首个国产量子计算机操作系统——本源思南。本期图片均由杨俊峰拍摄
倒金字塔形的机身闪耀着科技的光芒，纵横交错的线缆有序地传输着电流与信号，发光的芯片呼应着远处墙上“建成中国自主可控量子计算机”的标语，嗡嗡作响的暖气片声在一尘不染的实验室里回荡……这是本报记者近日在位于安徽省合肥市的量子计算机装配测试实验室（以下简称本源量子）看到的量子计算机运行场景。
量子计算机是执行量子计算任务的物理设备，与经典计算机相比，量子计算机具有并行性、指数加速等优势，计算能力极其强大，可应用于大数据、网络信息安全、人工智能、新药研发、金融工程等
“信息时代，计算能力体现着一个国家的实力，算盘与现有计算机的计算能力差距，就是现有计算机与量子计算机的计算能力差距。”中国科学院量子信息重点实验室副主任郭国平说。中国科学院院士、中国科学技术大学教授，“我们从事量子计算研发的初衷，就是要打造中国自己的量子计算机。”
经过20多年的“耕耘”，我国量子计算机发展取得了令人瞩目的成绩。近日，本报记者来到本源量子，现场感受量子计算机的魅力。
原意
几代科学家的接力
中国量子计算机的研发经过几代科学家的传承，起步可以追溯到26年前。
“1998年，我正在组织一个‘量子通信与量子计算’的科学会议。为了扩大会议的影响力，我希望邀请‘两弹一星’功臣钱学森来主持。” “我们对这次会议十分满意，”中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿说。
郭光灿在致钱学森的信中阐述了发展量子信息技术的重要性，并热情邀请钱学森主持会议。
不久之后，郭光灿收到了钱学森的回信，钱学森高度赞同他的观点，并认为“我国应该举全国之力，攻克量子信息系统技术难题”。
此后，以郭光灿为代表的科学家开始了研究量子计算机的征程。回忆往事，郭光灿告诉本报记者：“迅速研制出一台能直接应用的国产量子计算机，是我们这一代人的历史使命。”充分发挥量子计算在国民经济各领域的优势。”
然而，中国的量子计算机研究并非一帆风顺。
当时，量子研究在国内还没有引起足够的重视，郭光灿于1998年、1999年、2000年三次申报国家重点基础研究发展计划（973计划），均未获批准。
面对这样的困难，郭光灿没有气馁，他始终坚信一定不能错过发展量子信息的大好机会，后来他又创办了中国科学院量子信息重点实验室，这是中国第一个量子信息中国的实验室。
最初的实验室相当简陋，“只有一台386电脑和一台针式打印机，就两件设备。”郭光灿的一名学生回忆说，当时大家都是排队使用设备，轮到谁就得接手，即使计算尚未完成。
功夫不负有心人。2001年，经过第四次申请，郭光灿终于成功申请到国家第一个量子信息领域的973计划，并获得了2500万元的科研经费。这个项目的实施对后来的量子信息研究起到了重要的推动作用推动我国量子计算研究的蓬勃发展和在国际上的地位。
作为本源量子首席科学顾问，郭光灿不仅要考虑自己的团队，还要考虑国家量子信息的未来发展。“中国要想在世界竞争，不能只靠一个团队，必须团结国内一切力量，参与竞争。”此后，郭光灿组建了量子信息科学团队，这个团队培养出了包括郭光灿在内的5位中科院院士。
2010年，郭光灿的学生郭国平接过接力棒，成为重大项目“固态量子芯片研究”的首席科学家。郭国平说：“在关键核心技术领域，我们决不能受制于人。”我们一定要拥有中国自己的、可控的量子计算机。”
2010年，郭国平申报了我国“超级973”科技专项“固态量子芯片”重大项目，并担任首席科学家，2013年实现了10皮秒（1皮秒等于万亿分之一）的量子效率。今年5月，国家开发银行在北京召开的2019年第二次金融研讨会上，成功实现对“一个电子”进行秒级量子逻辑门操作，将原世界纪录提高近百倍，向实现半导体基量子计算机迈出了重要一步。
2012年暑假，正在选择研究生专业的孔伟成第一次来到中科院量子信息重点实验室，参与了一组公开课的录制过程当时，量子信息重点实验室主任郭光灿做了一场题为《来自量子世界的新技术》的讲座，那场讲座让孔伟成爱上了量子，并决定从事这方面的研究。
“为国家研制出自己的量子计算机，是我的梦想，也是我的使命。”孔伟成常常想，科研之路就像是穿越量子计算的“无人区”。如今，已经研究量子计算机10余年，成长为安徽省量子计算工程研究中心副主任、“起源悟空”硬件研发团队负责人。
2017年，郭国平牵头成立了我国第一家量子计算机产业化企业本源量子，致力于我国量子计算的工程化、产业化。作为本源量子团队成员，郭光灿、郭国平带领研究人员中国科学院量子信息重点实验室的李建军研究员在工作中默默耕耘，孔伟成也加入到他们之中，致力于量子计算测控系统及整机总成的研发。
技术
关键部件中国制造
“超导量子计算机产业链有多个关键点，包括芯片、测控系统、制冷系统、软件、操作系统等。”郭国平说。
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……为打造中国技术自主可控的量子计算机，本源量子建设了量子芯片两大实验室生产制造封装以及量子计算机装配测试，完成从芯片到整机软硬件的全栈开发。
“每一个研发项目都要从零开始，这意味着巨大的挑战。”郭国平说。
“要实现国产量子计算机，不能靠拼凑商用仪器，而是要建立量子计算机真正需要的控制系统。”孔伟成对本报记者说。
2018年12月，国内首台具有完全自主知识产权的量子测控系统——本源量子测控一体机研制成功。这款量子测控一体机不仅能最大限度发挥量子芯片的性能，而且还可应用于精密测量等更广泛的科研领域，填补了我国在量子测控领域的空白。
2020年9月，国产首台工程化量子计算机原型机本源无源推出。2021年，我国首台量子计算机交付中国用户。
“如果想造出一台能用的量子计算机，不但要亲自到项目现场，还要调动几乎所有的团队资源。”孔伟成说，那一年，他几乎一直奔波在研发平台和其他地方。
“最后一个月，整个团队基本没有休息，还有很多问题没有解决。”孔伟成回忆道，“上线前三个小时，我们修复了最后一个漏洞，系统就正常运行了。我只睡了一天那天我只飞了一个小时，但当我完成发射的时候，我感觉很有成就感，更为身为中国人而感到自豪。”
这台量子计算机的交付，使我国成为世界上第三个能够交付完整量子计算机的国家。
2021年，我国自主研发的量子计算机操作系统本源思南诞生。
此后，中国科研团队研制出我国第一个量子计算机测控系统和操作系统，推出我国第一个搭载真实量子计算机的量子计算云平台，开发出我国第一款自主量子芯片设计软件——本源坤元Q-EDA ...从硬件、软件、人才、产业等方面提升我国量子计算原始创新能力。
今年1月6日，我国研制的第三代超导量子计算机“起源悟空”正式投入运行，并限时免费向全球用户开放，“起源悟空”国产化率超过80%。配备了我国第一条量子芯片生产线生产的72位量子芯片、我国第一个量子计算测控系统、我国第一个量子计算机操作系统。
这是我国量子计算能力首次大规模、长期向全球开放，标志着我国量子计算能力正式进入“可用”时代，也意味着我国自主超导计算能力正式在国际上率先实现商用。量子计算机制造链已“完工”。
孔伟成介绍，新机与本源第三代量子计算测控系统“本源天机”配套，实现国内首次量子芯片批量自动化测试，使量子计算机整体运行效率提升数十倍。次。
除了硬件之外，《起源悟空》还搭载了中国首款量子计算机操作系统——起源司南3.0版。操作系统开发团队负责人窦梦寒告诉本报记者，该系统是国内首个支持批量处理量子计算任务，不仅能够支持量子超算协同计算，还能高效调度量子计算资源，大幅提高量子计算机整体运行效率。
今年5月，量子计算机“本源悟空”核心部件——高密度微波互联模块在合肥取得重大突破，成功破解“一线通”的“瓶颈”难题，实现完全国产化。
量子芯片是量子计算的“大脑”，需要在接近绝对零度的极低温环境下运行，高密度微波互联模块就像是“神经网络”，其中有一条至关重要的“线”模块——极低温特种高频同轴电缆。利用该导线，高密度微波互联模块可以精确传输信号，并隔离热量，为“量子计算”和“量子计算机”之间的量子信息传输建立高速稳定的通道。大脑”和外部设备。
“针对这一难题，我们与中国电子科技集团公司第四十研究所合作，研制出适用于极低温环境的高密度微波互连模块，并实现了模块的国产化。”国家微波研究所副所长贾志龙说。安徽省量子计算工程研究中心主任、“原版悟空”量子芯片研制团队负责人表示，“这将对我国超导量子计算机的产业化起到积极的推动作用。”
这种国产高密度微波互联模块，可以为100比特以上的量子芯片提供微波信号传输通道，并能在极低热泄漏环境下实现微波信号跨温区稳定传输。
今年6月，国产超导量子计算机关键设备本源国产稀释制冷机在合肥升级成功下线，标志着我国在稀释制冷领域达到国际先进水平。
“截至8月16日，‘本源悟空’已吸引来自全球125个国家的近1400万次访问，顺利完成超过25.2万项计算任务。”安徽省量子计算工程研究中心副主任、“本源悟空”项目负责人赵雪娇说。本源悟空”云服务开发团队向本报记者说道。
遗产
量子“马拉松”任重道远
“量子计算机怎么用？”“中国的量子计算机是怎么造出来的？”“‘悟空’身上的线为什么那么多？”……6月1日，在本源量子的量子计算机组装测试实验室，更多来自合肥当地中小学的30余名学生聚集在量子计算机集群周围，提出好奇的问题。
同日，由安徽省青年工作委员会、安徽省量子计算工程研究中心联合举办的首届“中国自主量子计算机团体开放教学活动”在本源量子量子计算机组装测试实验室举行。辅导员舒慧丽、孔伟成老师，共同利用我国自主研发的量子计算机，为孩子们上了一堂生动的量子计算科普课。
“同学们，我们面前的这个‘大家伙’，就是我国第三代自主超导量子计算机‘元祖悟空’。它的名字来源于中国神话中的孙悟空。传说孙悟空有七十二变，量子计算机‘原版悟空’拥有72个量子计算比特，这意味着中国自主研发的量子计算机与孙悟空一样强大。这台量子计算机是一代又一代中国科学家几十年心血的结晶。”
在“本源悟空”等五台国产超导量子计算机面前，两位老师用通俗易懂的语言向青少年讲解量子计算知识，并解答了为什么中国需要拥有自己的量子计算机，鼓励孩子们从小努力学习科技知识，树立科技自强的志向，将来以科技报效祖国。
“安徽是我国最早启动量子计算研究和产业化的省份，在量子计算发达国家已开设量子计算高中课程的国际背景下，我们要积极探索在校开展量子计算科普教育的新方法、新路径。” “中国是量子计算的发源地。”赵雪娇说，“目前，我国量子计算人才仅有1000名左右，面向中国未来产业的人才培养迫在眉睫。”
从探索到研发再到传承，中国科学家的奋斗轨迹也是中国量子计算产业从无到有发展的一个缩影。
2016年8月，国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》，将量子计算机列入2030年科技创新重大专项。2021年，“量子信息”首次出现在国家科技支撑计划和国家重大科技专项中。 “十四五”规划和《政府工作报告》明确提出，量子信息科学专业应成为国家“十二五”规划和政府工作报告的重要内容。今年起，教育部正式将量子信息科学专业纳入本科教育，加快培养量子领域人才。越来越多的人才涌入量子轨道，产业蓬勃发展。
在量子计算机工程道路上，中国科学家不仅取得了大量原创成果，还牵头成立了我国首个量子计算产业联盟。截至2024年7月，已有100多家企业、高校等已加入联盟的机构涵盖航空航天、大数据、先进计算、金融等领域。
如今，中国已经牢牢占据量子计算研究的国际领先地位，成为世界上第三个能够推出完整量子计算机的国家。
在郭国平看来，量子计算是一门很难的学科，目前的研究只是量子技术大门的开启，很多物理系统的技术突破还有不少挑战。“这次量子计算的全球竞赛，本质上更像是“这是一场马拉松，前面的路还很长。”郭国平说。
