成功研制62比特可編程超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之號”、實現(xiàn)迄今最快實時量子隨機數(shù)發(fā)生器、實現(xiàn)500公里量級現(xiàn)場無中繼光纖量子密鑰分發(fā)……最近，彰顯“上海實力”的高水平量子科技成果頻頻亮相國際頂尖期刊。
上海在量子科研主要方向上成果頻出的背后，與近年來上海在量子領(lǐng)域相關(guān)科研力量不斷集聚，逐步形成優(yōu)勢互補、協(xié)同創(chuàng)新的量子研究“聯(lián)合艦隊”有著重要關(guān)聯(lián)。位于浦東秀浦路的上海量子科學(xué)研究中心(簡稱“量子中心”)，正在為這支“聯(lián)合艦隊”的日益壯大，打造世界一流的軟硬件載體。
消除“門戶之見”，建設(shè)更包容的新型研發(fā)機構(gòu)
當(dāng)前，以量子信息科學(xué)為代表的量子科技正在不斷形成新的科學(xué)前沿，激發(fā)革命性的科技創(chuàng)新，孕育對人類社會產(chǎn)生巨大影響的顛覆性技術(shù)。
在我國量子科技領(lǐng)軍人物、中國科學(xué)院院士潘建偉看來，這個過程的實現(xiàn)需要有各方力量的協(xié)同，更需要有戰(zhàn)略目標(biāo)的牽引，“雖然上海量子科學(xué)研究中心掛牌成立于2019年6月，但各方科研力量聯(lián)合之勢的形成已歷經(jīng)多年”。
2011年，中科院量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”項目立項。它所提出的近乎苛刻的工程目標(biāo)，在此后七八年內(nèi)推動了中科院上海技術(shù)物理研究所、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、上海光學(xué)精密機械研究所等科研機構(gòu)在量子元器件方面的技術(shù)發(fā)展。同時，這些研究所深厚的技術(shù)積累，也支撐了“墨子號”科學(xué)目標(biāo)最終實現(xiàn)。
更重要的是，在“墨子號”研發(fā)過程中，我國量子通信科研領(lǐng)域第一次實現(xiàn)了基礎(chǔ)研究與工程科研“你中有我、我中有你”的強強聯(lián)合。而這種良性合作關(guān)系，很快在“墨子號”上天之后的相關(guān)科研中得到了延續(xù)和發(fā)展。
上海量子科學(xué)研究中心是由中國科學(xué)院與上海市政府依托中國科技大學(xué)共建。為了更好完成量子相關(guān)科學(xué)任務(wù)，復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、華東師范大學(xué)等量子領(lǐng)域的上?？蒲辛α?，也逐步加入到這支走在世界量子科技前沿的聯(lián)合團隊中。“為消除門戶之見，中科大雖為牽頭單位，但量子中心最終在定名中隱去了‘中科大’三個字。”中國科學(xué)院院士、上海量子科學(xué)研究中心主任王建宇告訴記者，這顯示了這家新型研發(fā)機構(gòu)更大的包容性，“實際上，中心聯(lián)合的量子領(lǐng)域科研力量早已超出了上海的范疇，擴大到了長三角乃至全國”。
最優(yōu)最簡互補，各展所長發(fā)揮“1+1>2”潛能
最優(yōu)、最簡、互補，是上海量子科學(xué)研究中心定下的發(fā)展原則。
量子科技發(fā)展需要的投入巨大。潘建偉表示，只要事先約定好合作規(guī)則，就不會影響各個團隊的積極性，“這就好像一爐煤球可以燒得很旺，但把煤球一個個拿出來，很快就會熄滅”。
量子中心發(fā)揮的協(xié)同創(chuàng)新作用有多大?今年5月，超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之號”宣布研制成功。“祖沖之號”實驗主要負責(zé)人、中科大教授朱曉波告訴記者，量子中心對超導(dǎo)量子計算的促進非常顯著，“有更多人可以在一起，齊心協(xié)力地高效推進研究”。
超導(dǎo)量子計算涉及很多高難度科學(xué)問題，包括實驗設(shè)計、仿真、制備、測試、環(huán)境實現(xiàn)、噪聲降低等諸多環(huán)節(jié)。比如，“祖沖之號”的處理器封裝需要用到倒裝焊技術(shù)，一聲求助，就得到了中科院上海技術(shù)物理研究所的幫助;曾承擔(dān)過“墨子號”研制的中科大教授彭承志，為“祖沖之號”帶來了“墨子號”的電子學(xué)技術(shù)和工程管理經(jīng)驗;中科大教授陸朝陽在研制“九章”光量子計算原型機中發(fā)展起來的多比特量子操縱技術(shù)和驗證算法，又為“祖沖之號”提供了充分借鑒，從而推動項目更順利地完成。
“不少人也許對基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用有著很深的誤解，認為兩者涇渭分明，屬于完全不同的兩個領(lǐng)域。”王建宇說，其實在科學(xué)前沿探索中，這兩者經(jīng)常是密不可分的，“沒有工程保障研制出儀器設(shè)備，理論就難以得到驗證;缺乏科學(xué)目標(biāo)的引導(dǎo)，工程技術(shù)研究也難以找到更高的發(fā)展方向”。
對此，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星教授有深切體會。在參與“九章”光量子計算原型機研制之前，他的單光子探測器效率一直徘徊在10%左右，剛接到“九章”提出的“探測效率要達到80%”的目標(biāo)時，他認為是“不可能的任務(wù)”，“沒想到經(jīng)過幾年的‘倒逼’，竟然真的達標(biāo)了，而且還發(fā)現(xiàn)了更多改進空間”。
據(jù)介紹，目前量子中心還針對量子信息核心器件和設(shè)備進行了研發(fā)布局，到2030年預(yù)計可實現(xiàn)80%以上核心器件的自主可控。
籌建未來技術(shù)研究院，引進培養(yǎng)緊缺人才
在秀浦路上，一棟超過3萬平方米的實驗大樓正在建造，預(yù)計明年年底入駐啟用。根據(jù)量子中心設(shè)想，這里將建設(shè)量子科技的共性技術(shù)平臺，成為中心匯聚量子相關(guān)科研力量的堅實載體，為上海量子科技發(fā)展提供綜合性支撐。
“我們準(zhǔn)備在這里建造一座2000平方米的空間測試實驗室，以及可以保持恒溫恒濕、防震動的特殊條件實驗室，為量子芯片、微納器件的加工、測試提供保障。”王建宇表示，這些技術(shù)平臺將有力推動長三角區(qū)域量子科研力量的聚合，“如果發(fā)展順利，量子中心能夠從目前的學(xué)術(shù)聯(lián)盟發(fā)展成為實體化學(xué)術(shù)機構(gòu)，若干年后將會成為我國最核心的量子研究基地”。
科技發(fā)展，人才是關(guān)鍵。成立兩年來，量子中心已引進了十多位優(yōu)秀杰出的青年人才。潘建偉認為，中心引進人才不貴多而貴精，尤其要適合中心的學(xué)科布局，“希望他們經(jīng)過若干年發(fā)展，都可以成為某個科研方向上的領(lǐng)軍人物”。
據(jù)悉，中科大正在與量子中心和中科院在滬相關(guān)研究所協(xié)同共建未來技術(shù)學(xué)院(上海)，并設(shè)在量子中心。五年內(nèi)，量子中心與中科大等聯(lián)合培養(yǎng)的從本科到博士階段的量子科技相關(guān)人才，規(guī)?？蛇_千人左右。
責(zé)任編輯：Rex_01
