科学家×创业者｜本源量子郭国平：三五年内量子计算机将产生实际效益

·“未来3-5年内，量子计算机可以发挥加速器价值，传统计算机协同量子计算机将降低计算时间和成本，节能增效。未来量子计算机用于新材料开发、药物合成具有天然优势，用量子世界的工具研究量子世界，比传统计算机效率更高。”

·科研课题来自于真需求，要在工程中找到真问题，选择更有实际应用价值的课题带入科研，从而探索出新技术的更多应用场景。

在电影《流浪地球2》中，拥有超强算力和自我意识的量子计算机让人惊叹。事实上，量子计算机并非科幻。量子计算正在全球掀起一轮竞速。全球有100多家量子计算公司投入了巨大的人力物力进行研制，加拿大的量子计算公司2011年出售了其第一个量子计算机，美国IBM公司在2019年将其商用量子计算机交付部署。合肥本源量子计算科技有限责任公司（下称本源量子）研发的“悟源”24比特超导量子计算机，则于2021年实现整机交付。科技日报报道称，本源量子量子计算机的成功交付使中国成为世界上第三个具备量子计算机整机交付能力的国家。

用量子世界的工具研究量子世界，这是本源量子创始人、首席科学家郭国平希望看到的未来。除了是一名创业者，郭国平也是一名学者，同时担任中科院量子信息重点实验室副主任以及中国科学技术大学微电子学院副院长。

2017年，郭国平与自己的老师，中国科学院院士、中国科学院量子信息重点实验室主任郭光灿带领中科院量子信息重点实验室博士团队，联合创立了中国第一家量子计算公司——本源量子。

与量子“纠缠”20多年，郭国平见证了中国量子技术的起步与发展。他提到，20年前的量子实验室简陋到只有一张桌子、一把椅子，唯一一把椅子还被坐坏了，“刚开始搞量子计算研发，我们最早一批人是‘站’着研究的。而现在我们成立的本源量子2022年是全球融资最多的量子计算公司。”20多年里，郭国平的目标很明确，即研发出可供用户交互使用的工程化量子计算机，使得我国拥有自主可控的量子计算能力。

新年伊始，郭国平在接受澎湃科技（www.thepaper.cn）采访时表示，接下来的3-5年内，量子计算将发挥加速器价值，在人类实际生产生活中产生看得见的效益。

量子计算是什么？

在高性能计算中，摩尔定律受制于物理极限，芯片发热消耗大量能量散热，因此亟需新的计算模式出现。量子计算作为一种新的计算模式，在理论上被证明具有巨大潜力。相对于传统计算机使用的二进制数字0或1，量子计算机使用的量子比特以一种0和1复杂混合的量子态表示和存储信息。量子计算利用诸如叠加和纠缠等量子现象进行计算，能够实现经典计算技术无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力。

从1982年美国物理学家理查德•费曼（Richard Feynman）提出量子计算的早期概念至今，量子计算研发已超过40年。目前，国际学术界量子计算领域的主流技术路线有超导、半导体、离子阱、光学和量子拓扑，IBM和谷歌聚焦超导量子计算机，其中IBM计划2025年推出超4000个量子比特的系统；英特尔主推CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺；本源量子则同时布局超导量子技术与半导体量子点技术。每条路线有各自的优劣势，当前尚无任何一条路线能够完全满足实用化条件要求从而推动技术方案的融合收敛。

据介绍，半导体量子计算机的优势在于，与经典计算机的半导体芯片工艺相兼容，未来更有希望实现芯片的大规模量子比特扩展。“如果说半导体路线的工艺、设备、人才与量子计算的兼容性有80%，那么与超导的兼容性则有50%-60%。这也是超导和半导体技术路线关注度更高的原因。但从科学上来说，从业者并不能确定这两条路中哪一条是唯一选项。”郭国平表示。

2019年，谷歌用一块53量子比特的超导量子芯片实现了量子优越性，证明在某一特定问题上量子计算机超越经典计算机的能力。“谷歌的量子霸权解决的是一个数学问题，并不直接对应到实际生产生活中的具体问题，所以目前不能说量子计算已经在人类的生产生活中直接发挥了价值。”郭国平表示，接下来的3-5年内，量子计算将会在人类实际生产生活中产生看得见的效益，“它至少可以发挥加速器的价值，大幅降低计算时间和成本，节能增效。比如用10台传统超算计算一个问题需要一个月，如果叠加一台量子计算机，计算时间可能会缩减至3-7天，加速器的作用不是替代传统计算机，而是让传统计算机算得更快。”

放眼更远的未来，量子计算机在新材料开发、药物合成等应用领域具有天然优势。新材料、大分子药物的构建是原子尺度的相互作用，也是量子力学的描述范围。在这些领域，传统操作是将问题转换成数字化问题由经典计算机模拟，量子计算则无需这一过程，“用量子世界的工具研究比转换成传统计算机的模式会更快捷。”郭国平表示。

“逼上梁山”卖房创业

从理论到实际应用，说起来简单，但要真正实现，中间需要跨越重重阻碍。

量子计算机中的量子芯片相当于传统计算机中的CPU（中央处理器）。自2010年开始，郭国平作为首席科学家连续承担973国家重点基础研究发展计划项目（Ａ类）固态量子芯片项目和半导体量子芯片项目，在实用化量子计算特别是量子芯片、量子测控仪器仪表、量子软件、量子计算机操作系统和量子云计算领域取得重要成果。

1996年，郭国平考入中国科学技术大学外语系，后因对物理更感兴趣转入了物理系，并在大二时，接触到著名量子信息学家郭光灿的量子研究团队，在中国科学技术大学一路念到博士，毕业后留校任教。

郭国平硕博期间起初从事的是量子保密通信及量子信息器件研究工作，但随后发现国外顶级高校都在从事半导体量子计算方面的研究，而中国在这一领域几乎空白。于是他和导师商量，换道量子计算，研究半导体量子芯片。然而，量子计算是一条更难走的路，论文也难发，这个决定让当时的郭国平被外界认为是“愣头青”的行为。

十年耕耘后，郭国平发现，量子计算已经从纯粹的科学研究发展到了科学研究与工程技术并重的阶段，国外企业有了工程技术的加持，量子计算研究进展飞速。如果国内只依赖于高校研究团队，工程技术发育不足，将无法适应量子计算技术的前沿趋势。

2015年，郭国平团队将国内知名的芯片企业邀请到实验室，商讨合作开发量子计算机。但量子计算是一个前沿研究，即便经历10-15年也无法确定它的未来，为此企业不愿意投入。鉴于量子计算研究的工程技术需求越来越迫切，只剩下“自己干”一条路。

2017年，郭光灿院士与郭国平带领中科院量子信息重点实验室博士团队，联合创立本源量子。郭国平形容这次创业是“逼上梁山”，目标是研发出一台可供用户交互使用的工程化量子计算机，使得中国拥有自主可控的量子计算能力，压根没想过赚钱的问题，公司初创时遭遇资金匮乏，郭国平为了保住公司卖掉了自己的一套房子。

建立中国量子计算生态

从成立之初，本源量子全栈研制开发量子计算，围绕量子芯片、量子计算测控一体机、量子操作系统、量子软件、量子计算云平台和量子计算科普教育核心业务，系统布局量子计算生产制造链、应用生态链和教育培训科普链，已先后推出第一代6比特超导量子芯片夸父KF-C6-130、 第一代24比特超导量子芯片夸父KF-C24-100、第二代硅基自旋2比特量子芯片玄微XW-S2-200等。尤其是其布局的半导体量子点技术路线，中科院量子信息重点实验室是国内唯一进行该技术研发的单位。本源量子已研发出“悟源”24比特超导量子计算机，2021年实现整机交付。能力更强的“悟空”量子计算机即将面世，为“悟空”配套的量子芯片“悟空芯”正在紧锣密鼓生产。

创业后的郭国平发现，科学研究和工程技术是量子计算“木桶”上两块重要的木板，但并非全部。

“说到底，量子计算机是一个工具，要到用户手里去，而不是停留在论文上或汇报中。现在越来越多的用户在使用几大国际巨头的量子计算机语言、操作系统，甚至养成了习惯。就像我们习惯使用Windows系统一样。一旦习惯养成，再替换国产操作系统将非常艰难。”郭国平表示，量子计算的科学研究上，中国与国际先进水平差距越来越小，有的领域甚至可以并跑、领跑，但在工程技术上，由于国外起步更早，最近5-10年在生物医药、金融、化学等各行各业落地，导致差距在拉大。

眼下，量子计算已经从追求量子比特数、性能发展到了性能提升、生态建设、习惯培养、应用拓展并重的阶段。郭国平非常希望有更多人参与到量子芯片、操作系统、应用软件、云的研发和应用中，帮助量子计算机迭代，建立中国量子计算的生态。

2018年，本源量子牵头成立了国内首个量子计算产业联盟“本源量子计算产业联盟”，与量子计算上下游行业伙伴构建量子计算产业生态链。在生态应用链上，金融业的企业机构占比近30%。上海市浦东新区改革与发展研究院金融研究室主任刘斌表示，未来量子计算在金融领域会有很多应用场景，量子计算会提升金融机构处理数据的能力，提高金融业智能化水平；另一方面，量子计算会提高金融机构的风控能力，在反洗钱、反欺诈、授信审批、资产组合管理、金融市场风险管理等方面获得广泛应用。

科研课题要来自真需求

“从科学研究到技术，从技术到产品，从产品到商品，商品要让用户满意，产业链的各个环节都需要专业人才。”郭国平说，创业者容易过于骄傲和自信，只有清醒认识到自己的缺点，才能包容和接受不同人才，组建理念相似、各有所长、彼此理解的团队，长期攻坚。“哪怕发现他有其他诉求或不同理念，也能理解别人选择离开。”

科研和创业的双重背景也在帮助教研相长，了解真实的应用需求，才能反哺量子计算开发。郭国平表示，科研课题来自于真需求，要在工程中找到真问题，选择更有实际应用价值的课题带入科研，从而探索出新技术的更多应用场景。

量子芯片在零下270摄氏度工作，主板在室温中工作，如何联通两者信号既是工程问题也是科学问题。“这就提出了低温电子学的新课题。从量子计算机的实际需求出发，找到一个真问题，如果能解决这个问题，就不光能为量子计算机服务，还可以用于外太空，比如卫星不需要保温，就降低了能量需求，月球车也不需要休眠了。”

郭国平也告诉自己的学生，英雄走窄门，要做10年甚至50年以后重要的事，这比短期挣钱拿高薪更有意义。