近日，上海思量量子科技有限公司發(fā)布了國(guó)內(nèi)首款商用科研級(jí)光量子計(jì)算機(jī)，用于量子優(yōu)化算法、量子搜索算法等前沿科技領(lǐng)域的研究，已收到兩個(gè)客戶(hù)訂單。思量量子由上海交通大學(xué)集成量子信息技術(shù)研究中心主任金賢敏教授創(chuàng)立，是國(guó)內(nèi)第一家研發(fā)光量子計(jì)算產(chǎn)品的企業(yè)。光量子計(jì)算是量子科技的一個(gè)前沿領(lǐng)域，在這一領(lǐng)域誕生了多家初創(chuàng)企業(yè)，其中，硅谷的PsiQ公司已完成5.5億美元融資。

與國(guó)外同行競(jìng)爭(zhēng)合作，早日實(shí)現(xiàn)光量子芯片、鈮酸鋰薄膜光子芯片、光量子計(jì)算機(jī)等成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，是金賢敏的夢(mèng)想。“我們馬上要再成立一家新公司，搭建光子芯片研發(fā)中試線(xiàn)平臺(tái)，盡早將這類(lèi)變革性芯片用于光通信、光互連、人工智能和量子計(jì)算等新一代信息處理技術(shù)領(lǐng)域。”

“雪中送炭”催生光量子芯片

近年來(lái)，量子科技發(fā)展突飛猛進(jìn)，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。金賢敏在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)攻讀碩士、博士期間，師從中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉，研究量子通信。此后，他專(zhuān)注于光量子集成先進(jìn)技術(shù)研究，2014年進(jìn)入上海交通大學(xué)，開(kāi)始組建自己的研究團(tuán)隊(duì)。

從2014年到2017年，金賢敏團(tuán)隊(duì)一直沒(méi)有很亮眼的成果發(fā)表。缺資金、缺人才、工藝集成難度高……回憶那四年，這位青年科學(xué)家仍有些“后怕”。幸運(yùn)的是，上海市科委于2016、2017年連續(xù)兩年立項(xiàng)支持他們的前沿基礎(chǔ)研究，給了這個(gè)團(tuán)隊(duì)得以“續(xù)命”的經(jīng)費(fèi)資助。“當(dāng)時(shí)，我被市科委拉進(jìn)一個(gè)叫‘量子群落’的微信群，還受邀參加了多次線(xiàn)下沙龍活動(dòng)，我的研究方向得到了專(zhuān)家的認(rèn)可。”金賢敏說(shuō)，“作為一名青年學(xué)者，這樣的機(jī)遇讓我倍感榮幸。拿到雪中送炭的科研經(jīng)費(fèi)，對(duì)我們團(tuán)隊(duì)開(kāi)展前沿探索和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)至關(guān)重要。”

飛秒激光直寫(xiě)三維集成光量子芯片平臺(tái)

在市科委和國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持下，這個(gè)光量子計(jì)算研發(fā)團(tuán)隊(duì)度過(guò)了最艱難的時(shí)期，迎來(lái)了科研成果的“井噴”。2018年5月，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》子刊《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表了他們的一項(xiàng)研究成果制備出世界上最大規(guī)模的三維集成光量子芯片，把芯片節(jié)點(diǎn)數(shù)從過(guò)去的幾十個(gè)提升至49×49個(gè)（共2401個(gè)節(jié)點(diǎn)）。制備這種芯片的技術(shù)是飛秒激光直寫(xiě)，解放日?qǐng)?bào)上觀新聞?dòng)浾咴趯?shí)驗(yàn)室里看到，科研人員操縱激光器在二氧化硅材料上方移動(dòng)，仿佛在進(jìn)行立體畫(huà)創(chuàng)作。在幾百飛秒（1飛秒僅為1秒的一千萬(wàn)億分之一）時(shí)間內(nèi)，激光在不損傷材料表面的情況下就能完成對(duì)材料內(nèi)部的修飾和改性，制造出任意形狀的三維結(jié)構(gòu)和光子線(xiàn)路。

這種芯片有何神奇之處？金賢敏團(tuán)隊(duì)用它演示了首個(gè)真正空間二維的量子行走，并進(jìn)一步成功演示了量子快速到達(dá)算法。簡(jiǎn)而言之，這個(gè)算法是將一束光輸入一個(gè)迷宮般的網(wǎng)絡(luò)，研究如何讓每個(gè)光子同時(shí)搜索最優(yōu)路徑，以效率最高的方式從網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)出口逃離。十幾年前，量子物理理論學(xué)家構(gòu)想出這個(gè)算法后，始終無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行演示。掌握高達(dá)49×49個(gè)節(jié)點(diǎn)的三維集成光量子芯片制備能力后，難題迎刃而解。這項(xiàng)研究成果已發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然光子學(xué)》上。

在閔行區(qū)支持下創(chuàng)立思量量子

為了推動(dòng)光量子計(jì)算科研成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，去年4月，思量量子在上海閔行區(qū)成立。在企業(yè)注冊(cè)過(guò)程中，金賢敏遇到了困難，閔行區(qū)高端人才服務(wù)中心為此與監(jiān)管部門(mén)聯(lián)系，共同制定了解決方案。高端人才服務(wù)中心還在落戶(hù)手續(xù)、子女上學(xué)等生活問(wèn)題上為這位青年科學(xué)家提供服務(wù)，讓他安心投身創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工作。

今年國(guó)內(nèi)疫情得到控制后，公司運(yùn)營(yíng)步入正軌，目前已有十多名員工。他們與上海交大集成量子信息技術(shù)研究中心的50人研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊密協(xié)作，正逐步將實(shí)驗(yàn)室里的科研成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。

利用三維集成光量子芯片，思量量子開(kāi)發(fā)出一款科研級(jí)光量子計(jì)算機(jī)，其量子算法保真度大于80%，可用于量子行走、玻色采樣、量子快速到達(dá)等算法的實(shí)現(xiàn)與演示，也可根據(jù)專(zhuān)屬用戶(hù)與合作伙伴的需求進(jìn)行光量子芯片的定制與開(kāi)發(fā)。

籌建新公司開(kāi)展光子芯片中試

除了光量子芯片，金賢敏團(tuán)隊(duì)還在實(shí)驗(yàn)室里成功制備出鈮酸鋰薄膜光子芯片。這也是一種近年來(lái)興起的新型芯片，具有光譜范圍廣、調(diào)制速度快、集成度高、損耗低等優(yōu)勢(shì)，有望替代硅光和傳統(tǒng)光調(diào)制器，成為光量子計(jì)算、光學(xué)人工智能處理器和光通信的核心部件。“目前，高速光調(diào)控模塊的全球市場(chǎng)年銷(xiāo)售額高達(dá)260億美元，如果鈮酸鋰薄膜光子芯片成為這種模塊的核心部件，有望全面顛覆光通信產(chǎn)業(yè)，其市場(chǎng)前景是非常誘人的。”金賢敏告訴記者，“我們利用CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）兼容工藝，在國(guó)產(chǎn)鈮酸鋰薄膜材料上刻蝕出高集成度的光子線(xiàn)路結(jié)構(gòu)，接近國(guó)際領(lǐng)先水平，達(dá)到了中試條件。”

為了搭建三維集成光量子芯片、鈮酸鋰薄膜光子芯片的中試線(xiàn)平臺(tái)，金賢敏正在籌建一家新公司。“已有四個(gè)城市、多家頭部投資機(jī)構(gòu)向我們伸出了橄欖枝。我們希望在政府和投資機(jī)構(gòu)支持下，實(shí)現(xiàn)兩種光子芯片的中試生產(chǎn)，成功后再建設(shè)產(chǎn)線(xiàn)，進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)。”

在他看來(lái)，光量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化路徑可以采用“殺雞用牛刀”策略，因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)的商用化難度非常高，不妨將光量子芯片等量子科技發(fā)展過(guò)程中打造的“牛刀”率先應(yīng)用于光通信、光互連等技術(shù)體系成熟的領(lǐng)域，用它們?nèi)〈恍﹤鹘y(tǒng)器件，發(fā)揮量子科技的溢出效應(yīng)。采取這種策略后，光量子計(jì)算企業(yè)有望在較短時(shí)間內(nèi)取得營(yíng)收，還能帶動(dòng)技術(shù)的高端化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)。
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