量子信息技術(shù)發(fā)展十分迅速，如今儼然已經(jīng)成為了國際競爭角逐的新 “戰(zhàn)場”。量子信息技術(shù)作為未來最具潛力、提升綜合國力必不可少的尖端技術(shù)，世界各國都紛紛提出量子戰(zhàn)略、設(shè)立量子項目以促進(jìn)本國量子科技的發(fā)展。當(dāng)下，中國也愈發(fā)重視量子科技產(chǎn)業(yè)，不斷通過自主研發(fā)技術(shù)創(chuàng)新打破國外壟斷地位。

啟科量子的聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CEO 陳柳平在量子技術(shù)領(lǐng)域已深耕 20 年，他曾任全球知名量子技術(shù)公司 MagiQ 總工程師，于 2003 年參與推出了全球首套商業(yè)化量子通信系統(tǒng)，先后研發(fā)了共四代商業(yè)化量子通信系統(tǒng)。

早在 2007 年，他便開始研究量子計算機關(guān)鍵設(shè)備，開發(fā)出全球首個專用量子計算波形發(fā)生器，同時他還與麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)等一流高校合作開發(fā)離子阱量子計算機項目。2015 年，陳柳平參與開發(fā)出全球首套量子計算操控系統(tǒng)，促進(jìn)了全球量子計算機科研和產(chǎn)品的進(jìn)步。

天算 1 號：國內(nèi)首個離子阱可擴展分布式量子計算機項目

陳柳平和團(tuán)隊專注量子通信設(shè)備制造與全棧式離子阱量子計算機開發(fā)，目前，在這兩個領(lǐng)域都已經(jīng)取得了一系列研究成果。

量子通信方面，團(tuán)隊在 2019 年完成基于單光子的量子秘鑰分發(fā)系統(tǒng)研發(fā)，2020 年實現(xiàn)基于糾纏態(tài)的量子信息傳輸，產(chǎn)品包括量子保密通信網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備、量子保密通信網(wǎng)絡(luò)運維產(chǎn)品、量子安全應(yīng)用產(chǎn)品和脈沖激光器等核心組件。目前，量子通信產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)推進(jìn)階段，并計劃在國內(nèi)多領(lǐng)域開展應(yīng)用部署。

量子計算方面，團(tuán)隊于 2018 年就在中國率先開展了分布式離子阱量子計算機的研發(fā)，并于 2020 年 8 月正式啟動了“天算 1 號” 離子阱量子計算機項目，預(yù)計在 2-3 年的時間完成。

此外，陳柳平向 DeepTech 介紹了下一步的研究動向：“2022 年，我們將啟動離子 - 光子糾纏的分布式量子計算機研發(fā)，預(yù)計 2023 年實現(xiàn)分布式的百比特量子計算機（量子體積將達(dá)到億級），并將在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)分布式千比特量子計算機，以此拓展量子計算在人工智能、生物制藥、智慧交通、金融等領(lǐng)域商業(yè)應(yīng)用。”

關(guān)于 “天算 1 號”，陳柳平首先介紹了離子阱技術(shù)。他說：“離子阱是實現(xiàn)通用量子計算的兩個公認(rèn)可行方案之一。離子阱量子計算機具有量子比特同一性優(yōu)異、相干時間超長、制備和讀出效率高、量子邏輯門保真度高四大優(yōu)點。”離子阱是同時滿足量子計算 5 個基本準(zhǔn)則和量子網(wǎng)絡(luò) 2 個準(zhǔn)則的唯一物理體系。“目前專注于離子阱量子計算機研發(fā)的企業(yè)有美國的 IonQ 和 Honeywell、奧地利的 AQT、英國的 UC 以及中國的啟科量子，研發(fā)機構(gòu)有桑迪亞國家實驗室、MIT、清華、中科大等等。” 陳柳平補充道。

用目前通用量子計算機跑分的指標(biāo) —— 量子體積來衡量，IonQ 離子阱量子計算機量子體積達(dá)到 400 萬，超過首次實現(xiàn)量子霸權(quán)的谷歌超導(dǎo)量子計算機的 2-3 個數(shù)量級。美國離子阱量子計算機的頭部公司 IonQ 由美國國家量子法案的國會科技聽證人（四位聽證人分別代表科技、教育、產(chǎn)業(yè)、國家安全）、美國科學(xué)院院士 Chris Monroe 領(lǐng)銜，已經(jīng)獲得谷歌、亞馬遜、微軟等國際信息產(chǎn)業(yè)巨頭投資。

在國內(nèi)，多個科技公司定位于超導(dǎo)量子計算，但是離子阱量子計算的工程與商業(yè)開發(fā)缺位。陳柳平和他的團(tuán)隊填補了這一空缺，是目前國內(nèi)唯一一家基于離子阱技術(shù)開發(fā)量子計算機并將其工程化的公司，并將中國量子計算機的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)推向國際領(lǐng)先地位。

在被問及當(dāng)前的離子阱技術(shù)難點時，陳柳平告訴 DeepTech：“離子阱有兩個技術(shù)難點，第一是如何把大量離子在小范圍內(nèi)囚禁起來；第二是如何控制高精度高能量的激光。”“離子阱未來發(fā)展取決于兩個重要因素，微波芯片制造工藝和激光控制。非常值得一提的是，目前中國在激光工業(yè)，包括光學(xué)工業(yè)方面更為先進(jìn)，是世界一流！” 他隨后補充說。

核心技術(shù)主導(dǎo)發(fā)展命脈

中國有一批優(yōu)秀的量子科技公司，在提到相較于其他公司的優(yōu)勢時，陳柳平告訴 DeepTech：“我們有兩個核心競爭力。其一，團(tuán)隊核心成員擁有 20 多年的量子通信、量子計算多領(lǐng)域技術(shù)積累與實踐經(jīng)驗，技術(shù)自主可控，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位；其二，我們是國內(nèi)首家兼具量子計算和量子通信研發(fā)能力的企業(yè)，對于構(gòu)建通信和計算相結(jié)合的第三代量子網(wǎng)絡(luò)具有獨一無二的產(chǎn)品和技術(shù)優(yōu)勢?！?/p>

陳柳平隨后向 DeepTech 介紹了團(tuán)隊情況。團(tuán)隊的核心人員包括來自哈佛大學(xué)、斯坦福大學(xué)、馬里蘭大學(xué)和全球知名量子技術(shù)公司 MagiQ、1Qbit 等機構(gòu)的 50 多位科學(xué)家和工程師，碩士及以上學(xué)歷占比超 85%。他們具有豐富的科研及實踐經(jīng)驗，同時也在國際上獲得一系列重要研究成果。比如，2010 年研制出全球第一個私密性被物理定律保護(hù)的量子隨機數(shù)發(fā)生器；2012 年研制出全球第一個基于微電子工藝的離子阱芯片并首次實現(xiàn)了離子囚禁；2018 年在中國率先開展分布式離子阱量子計算機研發(fā)等等。另外，多位團(tuán)隊成員在 Nature、PRL 等重要期刊上發(fā)表論文 30 余篇、獲得數(shù)十項專利。

得益于上述人才實力，團(tuán)隊用 16 個月完成了城域網(wǎng)高速量子通信系統(tǒng)等系列第一代產(chǎn)品的研發(fā)，綜合性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平，目前已開始進(jìn)入市場化階段。

與此同時，“天算 1 號” 千比特離子阱量子計算機的包括離子阱芯片、精密激光系統(tǒng)、量子比特光電測控系統(tǒng)、高速電子時序與控制系統(tǒng)、量子編程語言、量子云和量子應(yīng)用軟件等研發(fā)也在持續(xù)進(jìn)行中。

談及在核心技術(shù)、實驗室建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)制訂、產(chǎn)學(xué)研合作等方面的成果，陳柳平告訴 DeepTech：“我們的量子密鑰系統(tǒng)的設(shè)計方案采用新型時間相位編碼，與其他方案相比，可以做到完全的偏振無關(guān)性，而且大大降低接收端的插損，從而提高系統(tǒng)成碼率和傳輸距離，能夠更好的適用于長距離復(fù)雜光纜應(yīng)用環(huán)境?！?/p>

實驗室建設(shè)方面，陳柳平說：“我們的量子通信研發(fā)中心位于北京，用于研究開發(fā)量子通信關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備及在相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用解決方案。目前已實現(xiàn)量子通信網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備、量子通信網(wǎng)絡(luò)運維產(chǎn)品、量子安全應(yīng)用產(chǎn)品及核心組件的研制，產(chǎn)品將主要應(yīng)用于政務(wù)、國防、金融、電力分配、交通等廣泛領(lǐng)域的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；我們的量子計算 H-bar 實驗室位于大灣區(qū)，按計劃目標(biāo)推進(jìn) “天算 1 號” 離子阱量子計算機項目?！?/p>

標(biāo)準(zhǔn)制定方面，公司承擔(dān)了包括《量子密鑰分發(fā) (QKD) 系統(tǒng)技術(shù)要求》、《量子密鑰分發(fā) (QKD) 系統(tǒng)測試方法》、《量子保密通信 VPN 設(shè)備檢測技術(shù)規(guī)范》、《量子保密通信系統(tǒng)密鑰交互接口技術(shù)規(guī)范》在內(nèi)的四項國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制任務(wù)。

產(chǎn)學(xué)研層面，陳柳平向 DeepTech 列舉了一些合作機構(gòu)?！拔覀兣c國外多家量子科技企業(yè)、麻省理工學(xué)院、清華大學(xué)、北京大學(xué)、國家電網(wǎng)、中科院計算機所以及中科院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院等眾多國內(nèi)外科研機構(gòu)及多領(lǐng)域企業(yè)展開交流并互惠協(xié)作?！?他說。

全球及中國量子信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在談及全球量子信息技術(shù)和中國所處的地位和現(xiàn)狀時，陳柳平告訴 DeepTech：“目前，中國的量子信息技術(shù)的一些領(lǐng)域在國際占據(jù)優(yōu)勢，但有一些方面還處于起步階段，整體的綜合技術(shù)實力和歐美國家存在差距。”

量子信息技術(shù)其實是一個統(tǒng)稱，它主要包含量子計算、量子通信和量子測量三大領(lǐng)域。

“量子計算具備巨量信息攜帶和超強并行計算能力，能夠在某些計算困難問題上提供指數(shù)級加速。在全球范圍，現(xiàn)在正處于含噪聲中等規(guī)模量子計算的研發(fā)階段，預(yù)計在人工智能、生物醫(yī)藥、航空航天等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生‘殺手級’應(yīng)用。” 陳柳平表示。“目前，在量子計算領(lǐng)域，美國依然處于全球領(lǐng)先地位，中國在量子計算方面處在趕超階段?！?他補充道。

“量子通信的典型應(yīng)用包含量子密鑰分發(fā)（QKD）和量子隱形傳態(tài)（QT）。基于 QKD 的量子保密通信是目前已經(jīng)初步實用化的應(yīng)用方向，已經(jīng)開展多領(lǐng)域應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；QT 研究距離實用化仍有較大距離。” 陳柳平說道，“中國在 QKD 技術(shù)的遠(yuǎn)距離、高速率、小型化、安全攻防以及標(biāo)準(zhǔn)化方面，以及在量子隱形傳態(tài)、量子中繼等面向未來量子網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)方面，均取得了一系列重大成果，可以毫不夸張地說，中國的量子通信在國際處于第一梯隊”。

關(guān)于量子測量，陳柳平表示：“近年來主要研究關(guān)注提升測量性能指標(biāo)，進(jìn)一步挑戰(zhàn)測量精度記錄和突破經(jīng)典測量計算；推進(jìn)樣機系統(tǒng)化，進(jìn)一步開展小型化、芯片化和可移動化研發(fā)，增強系統(tǒng)實用性?！?他告訴 DeepTech，“目前而言，中國在量子測量應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化尚處于初步階段，但正在逐步發(fā)力。”

采訪最后，陳柳平向 DeepTech 介紹了他和團(tuán)隊的長期目標(biāo)以及未來愿景。于公司層面，他將帶領(lǐng)團(tuán)隊建立起通信與計算相結(jié)合的第三代量子網(wǎng)絡(luò)，即以連接量子計算機為核心的量子互聯(lián)網(wǎng)，從而讓數(shù)據(jù)更安全、計算更高效。于國家層面，依托團(tuán)隊自身技術(shù)實力不斷突破創(chuàng)新，推動中國量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定快速發(fā)展，讓中國量子科技在國際達(dá)到領(lǐng)先地位。

據(jù)悉，啟科量子總部位于北京中關(guān)村軟件園，是國內(nèi)首家在量子計算、量子通信、量子測量領(lǐng)域均擁有自主核心技術(shù)和綜合產(chǎn)品研制能力及經(jīng)驗的公司。2021 年 1 月 19 日，啟科量子完成了 5000 萬元天使輪融資，投資方為中關(guān)村前沿基金、中關(guān)村金種子基金等。

原文標(biāo)題：國內(nèi)初創(chuàng)公司研制離子阱可擴展分布式量子計算機｜專訪

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