谷歌超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)
【本文來自鈦媒體特色欄目「快公司」】
在量子計(jì)算將改變世界，并革新醫(yī)學(xué)、通信和人工智能技術(shù)的夢(mèng)想風(fēng)口下，中國正尋求打破美國、歐洲在這一領(lǐng)域近乎壟斷的局面。
12月4日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等組成的研究團(tuán)隊(duì)，與中科院上海微系統(tǒng)所、國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，200秒內(nèi)完成“高斯玻色取樣”的快速求解，實(shí)現(xiàn)了“量子計(jì)算優(yōu)越性”（Quantum Supremacy）的里程碑式突破。相關(guān)研究成果登在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志上，并引發(fā)全民熱議。
就在“九章”官宣的同一天，深圳的一家量子計(jì)算領(lǐng)域初創(chuàng)公司“量旋科技”（SpinQ）宣布完成數(shù)千萬人民幣A輪融資，由深圳高新投領(lǐng)投，前幾輪老股東跟投。此輪融資將主要用于超導(dǎo)芯片量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)與生產(chǎn)。
盡管量旋科技聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理鄒均庭博士告訴鈦媒體App，選在同天公布這一消息純屬巧合，“要是知道他們發(fā)新聞我們就錯(cuò)開了”。但他也同時(shí)指出，相比陸朝陽團(tuán)隊(duì)發(fā)布的“九章”常溫光量子突破性論文，量旋科技則希望量子計(jì)算機(jī)從科研走向落地階段，落實(shí)到具體商業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，尋求實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
量旋科技成立于2018年，是致力于量子計(jì)算的初創(chuàng)公司，專注于超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、桌面型核磁共振量子計(jì)算機(jī)、以及量子計(jì)算相關(guān)軟件的自主研發(fā)和生產(chǎn)。
創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)方面，鄒均庭畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（“中科大”），研究生期間師從中國科學(xué)院院士、中國物理學(xué)家杜江峰院士，博士畢業(yè)后到了核磁共振儀（NMR）等美國科學(xué)儀器制造商布魯克（Bruker）公司；公司另一位創(chuàng)始人、董事長項(xiàng)金根則本科和博士均畢業(yè)于清華大學(xué)物理系，博士畢業(yè)后，項(xiàng)金根在哈佛大學(xué)擔(dān)任博士后和副研究員職位，此后進(jìn)入計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，曾在多家公司擔(dān)任軟件和算法負(fù)責(zé)人。公司聯(lián)合創(chuàng)始人和首席科學(xué)家曾蓓博士為香港科技大學(xué)物理系教授，在清華物理系獲得本科和碩士學(xué)位，博士階段在麻省理工學(xué)院師從量子計(jì)算先驅(qū)人物Isaac Chuang，從事量子計(jì)算研究超過20年。
產(chǎn)品方面，目前量旋科技已推出桌面型核磁共振量子計(jì)算機(jī)“雙子座”，可以鏈接多個(gè)量子計(jì)算體系的云服務(wù)平臺(tái)“金牛座”，并實(shí)現(xiàn)了部分硬件銷售。公司接下來主要研發(fā)重心將在超導(dǎo)芯片量子計(jì)算機(jī)層面，以及對(duì)“雙子座”的更新迭代。
鄒均庭向鈦媒體App透露，量旋科技最快在2021年底發(fā)布其首個(gè)自主可控的超導(dǎo)芯片量子計(jì)算機(jī)，并希望五年內(nèi)超越國內(nèi)同行，實(shí)現(xiàn)400量子比特（Qubits）超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)化這一宏偉目標(biāo)。
“實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的商業(yè)化”是量旋科技的核心競(jìng)爭力
量子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，是不可分割的微觀粒子（譬如光子和電子等）的統(tǒng)稱。而量子信息技術(shù)（量子科技）是指通過對(duì)光子、電子和冷原子等微觀粒子系統(tǒng)，及其量子態(tài)進(jìn)行精確的人工調(diào)控和觀測(cè)，借助量子疊加和量子糾纏等獨(dú)特物理現(xiàn)象，以經(jīng)典0和1理論無法實(shí)現(xiàn)的方式獲娶傳輸和處理信息。
今年10月16日下午，中共中央政治局就量子科技研究和應(yīng)用前景舉行第二十四次集體學(xué)習(xí)，將“量子科技”上升為國家戰(zhàn)略。華安證券發(fā)布研報(bào)認(rèn)為，量子科技有望成為中國在全球科技產(chǎn)業(yè)中“換道超車”、掌握產(chǎn)業(yè)鏈話語權(quán)的重要核心技術(shù)。
從產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)用演進(jìn)來看，量子力學(xué)的發(fā)展促使量子科技產(chǎn)業(yè)第一次浪潮興起，誕生了包括激光、半導(dǎo)體（硅）和磁共振成像（MRI）等具有劃時(shí)代的重大科技突破。
如今，隨著基礎(chǔ)研究帶來技術(shù)突破，量子科技產(chǎn)業(yè)即將迎來第二次發(fā)展浪潮。
當(dāng)前量子科技的具體應(yīng)用主要包括量子通信、量子計(jì)算和量子精密測(cè)量三個(gè)分支。
量子通信：利用微觀粒子的量子疊加態(tài)或量子糾纏效應(yīng)等進(jìn)行的信息或密鑰傳輸，基于量子力學(xué)保證密鑰分發(fā)的安全性，主要分量子隱形傳態(tài)（QT）和量子密鑰分發(fā)（QKD）兩類。
量子計(jì)算：以量子比特為基本單元，通過量子態(tài)的受控演化實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)計(jì)算，具有經(jīng)典計(jì)算無法比擬的巨大信息攜帶和超強(qiáng)并行處理能力，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)算力指數(shù)級(jí)增長趨勢(shì)。在當(dāng)下摩爾定律已接近極限、數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長的需求背景下，量子計(jì)算擁有極強(qiáng)的技術(shù)潛力，可應(yīng)用于復(fù)雜場(chǎng)景下的技術(shù)應(yīng)用。
量子精密測(cè)量：基于微觀粒子系統(tǒng)及其量子態(tài)的精密測(cè)量，完成被測(cè)系統(tǒng)物理量的執(zhí)行變換和信息輸出，在測(cè)量精度靈敏度和穩(wěn)定性等方面，比傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)有明顯優(yōu)勢(shì)。
在這其中，包括量旋科技、IonQ、IBM量子計(jì)算中心等均是量子計(jì)算這一賽道的企業(yè)機(jī)構(gòu)，也是實(shí)現(xiàn)未來通用型量子計(jì)算機(jī)的唯一路徑。
根據(jù)BCG預(yù)測(cè)，到2030年，量子計(jì)算的應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到500多億美元，發(fā)展空間廣闊。
目前量子計(jì)算主要有超導(dǎo)、離子阱、硅（芯片）量子點(diǎn)、拓?fù)�、光量子、分子自旋等多個(gè)技術(shù)路徑。不過，該技術(shù)現(xiàn)階段仍處于科研開發(fā)階段，成本過高、投入周期長，大部分量子計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)條件較為苛刻，從而短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，是VC非常謹(jǐn)慎投資的領(lǐng)域之一。
國內(nèi)外的量子計(jì)算領(lǐng)域公司普遍以離子阱或超導(dǎo)量子比特作為主流量子計(jì)算機(jī)研發(fā)路線，因?yàn)橐苑�(wěn)定長相干時(shí)間和高計(jì)算精度的特點(diǎn)被行業(yè)認(rèn)同。但這兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)條件較為苛刻：一是需要在超真空和極低溫（接近絕對(duì)零度，約零下459華氏度)。的物理狀態(tài)下進(jìn)行，一般只能在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)；二是離子阱或超導(dǎo)的量子計(jì)算機(jī)體積過大，成本過高，對(duì)于運(yùn)輸攜帶等租賃設(shè)備來說，依然存在優(yōu)化空間。
2018年，谷歌公司宣布制造出行業(yè)領(lǐng)先的72量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，超過IBM超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)在2017年10月實(shí)現(xiàn)的56個(gè)量子比特記錄。從量子比特?cái)?shù)上來說，谷歌72超導(dǎo)量子是現(xiàn)今為止全球計(jì)算最快的量子計(jì)算機(jī)。
不過，從技術(shù)來說，超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)仍未達(dá)到商業(yè)化要求，無法引入到商業(yè)銷售環(huán)境中。截止2020年8月，根據(jù)美國政府公布的私營企業(yè)量子計(jì)算合作計(jì)劃，其中就包括摩根大通、德國貨運(yùn)巨頭DHL、制藥巨頭默沙東公司、大眾汽車（谷歌合作伙伴）、�？松梨冢‥xxon Mobil，IBM合作伙伴）和戴姆勒（Daimler，谷歌、IBM共同合作伙伴），但這些合作也僅限于宣傳狀態(tài)，短期內(nèi)無法落地實(shí)施。
國內(nèi)量子科技起步較晚，但增長迅猛。
天眼查最新數(shù)據(jù)顯示，以工商登記為準(zhǔn)，目前中國有超過4200家量子領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)，85%的相關(guān)企業(yè)注冊(cè)新增于5年之內(nèi)。其中2018年全年，中國新增超1300家量子領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)，同比增長109%。截止12月，中國2020年新增近700家量子領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)。
目前，量子領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)注冊(cè)總量是5年前的6倍。
（圖片來源：天眼查）
雖然現(xiàn)階段中國的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)均沒有超過IBM、谷歌的“量子優(yōu)越性”記錄。但相對(duì)而言，中國民營企業(yè)依然擁有比較領(lǐng)先的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)今年9月本源量子發(fā)布的自研6量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“悟源”。
本源量子是一家創(chuàng)立于2017年的量子計(jì)算初創(chuàng)企業(yè)，團(tuán)隊(duì)起源于中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，由兩位量子計(jì)算行業(yè)領(lǐng)軍人物、中國科學(xué)院院士郭光燦、郭國平所領(lǐng)導(dǎo)。該公司主要以“人才”方面為對(duì)外傳播方向，研發(fā)人員占比超75%，核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員均為中科院計(jì)算機(jī)、物理領(lǐng)域博士。
相對(duì)而言，晚于本源量子一年的量旋科技，則主要以“量子計(jì)算的商業(yè)化”為核心目標(biāo)導(dǎo)向，生產(chǎn)并銷售桌面型核磁共振量子計(jì)算機(jī)“雙子座”、可以鏈接多個(gè)量子計(jì)算體系的云服務(wù)平臺(tái)“金牛座”兩大產(chǎn)品，客戶已超20家，短期內(nèi)在教學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)量子計(jì)算的普及化和部分商業(yè)化，已經(jīng)形成了一套短期商業(yè)化路線。
量旋科技能夠在量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)商業(yè)化主要有兩個(gè)原因：一是鄒均庭的職場(chǎng)背景。在創(chuàng)立量旋科技之前，他曾在美國科學(xué)儀器制造商布魯克（Bruker）公司任職，該公司曾研發(fā)出中國安裝的第一臺(tái)核磁共振儀（NMR），從而啟發(fā)他在核磁共振技術(shù)中找到量子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品方向；二是由于項(xiàng)金根、鄒均庭都曾在企業(yè)中擔(dān)任重要職位，相比學(xué)院派企業(yè)創(chuàng)始人，深知量子計(jì)算領(lǐng)域商業(yè)化的重要性。
鄒均庭表示，“國內(nèi)量子領(lǐng)域公司團(tuán)隊(duì)大都來自于院校，沒有任何工作經(jīng)驗(yàn)，就變成公司管理層了。但從科研到創(chuàng)業(yè)，我和項(xiàng)總深知如何將前沿科研技術(shù)落實(shí)到成熟的商業(yè)道路。”
鄒均庭強(qiáng)調(diào)，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的商業(yè)化是量旋科技這家公司的核心競(jìng)爭力。明年量旋科技將加大銷售力度，發(fā)布“雙子座”的迭代新品，性價(jià)比更高，更加適合高中教學(xué)場(chǎng)景。
“雙子座迭代方面有兩個(gè)規(guī)劃。一種是2個(gè)量子比特性能不變，體積和售價(jià)都降低，以達(dá)到更多用戶的使用門檻；二是要維持尺寸不變，將比特?cái)?shù)擴(kuò)充至3-5個(gè)，實(shí)現(xiàn)性能提升。”
兩大技術(shù)方向，尋求在超導(dǎo)量子計(jì)算的技術(shù)突破
目前，量旋科技的技術(shù)發(fā)展路線有兩大主要方向：核磁共振技術(shù)方向的和超導(dǎo)技術(shù)方向。
其中，核磁共振技術(shù)是通過原子核與磁場(chǎng)發(fā)生相互作用來探測(cè)或檢驗(yàn)物質(zhì)，已在醫(yī)學(xué)影像、石油勘測(cè)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，是成熟的電磁波脈沖控制技術(shù)，計(jì)算錯(cuò)誤率較低。運(yùn)用核磁共振技術(shù)的量子計(jì)算機(jī)可在常溫條件下運(yùn)行，且可實(shí)現(xiàn)小型化，是日常環(huán)境里少數(shù)能實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算方案之一。
“雙子座”這類產(chǎn)品量子比特?cái)?shù)量較少，大多數(shù)為2-4個(gè)，最高不超過6個(gè)，性能遠(yuǎn)不及其他路線的量子計(jì)算機(jī)。因此，“雙子座”主要用于急需算力提升的編程環(huán)境中，為各大高校的量子力學(xué)、量子信息等課程提供教學(xué)效果。
鄒均庭透露，該設(shè)備組裝生產(chǎn)周期在一個(gè)月左右�？蛦蝺r(jià)在人民幣36萬-39萬元左右，遠(yuǎn)低于使用其他技術(shù)的產(chǎn)品，高校客戶可以負(fù)擔(dān)得起。公司已與清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等高校達(dá)成協(xié)議，客戶已超20家。甚至產(chǎn)品銷往中國臺(tái)灣、加拿大等地，公司境外銷售占比達(dá)四成。
量旋科技自研的“雙子座”核磁共振量子計(jì)算機(jī)
“金牛座”則提供的是一個(gè)量子云計(jì)算平臺(tái)，為客戶提供基礎(chǔ)算力，配合著量子計(jì)算軟件，去幫助客戶解決問題。其中公司自研的測(cè)控系統(tǒng)正作為產(chǎn)品單獨(dú)對(duì)外銷售。
鄒均庭是這樣評(píng)價(jià)這兩條技術(shù)路線的：“雙子座定位在教學(xué)和演示，就像“小霸王”一樣，科研層面的利用率較低；金牛座則類似UI界面，結(jié)合其接入的真實(shí)量子計(jì)算機(jī)用來為那些對(duì)量子計(jì)算感興趣的人士提供算法驗(yàn)證服務(wù)，可以在人工智能、分子模擬等領(lǐng)域利用其驗(yàn)證算法是否可行。”
不過，“雙子座”量子計(jì)算機(jī)所使用的核磁共振技術(shù)，雖然擁有性價(jià)比高優(yōu)勢(shì)，但可擴(kuò)展性不強(qiáng)，技術(shù)上限較低，難以運(yùn)用到實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景。因此，量旋科技則更多在推進(jìn)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)研發(fā)，這是該公司另一發(fā)展方向，公司融資的資金主要用于這一板塊。
量旋科技正在研發(fā)的公司首臺(tái)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，預(yù)計(jì)將在2021年底對(duì)外發(fā)布，比特?cái)?shù)將達(dá)到50個(gè)。公司預(yù)計(jì)，該產(chǎn)品能在未來2-3年內(nèi)供科研用戶使用，5年內(nèi)能在具體場(chǎng)景落地使用。
相比本源量子的“悟源”，鄒均庭對(duì)鈦媒體App稱，“我們的更加自主可控。”
鄒均庭認(rèn)為，與離子阱技術(shù)路線相比，超導(dǎo)量子技術(shù)更加穩(wěn)定，并能夠大批量生產(chǎn)，是大有希望的技術(shù)路線，同樣也是該公司未來想要發(fā)展的一個(gè)重要技術(shù)目標(biāo)。
“我認(rèn)為超導(dǎo)量子優(yōu)勢(shì)有三，一是量子比特很好擴(kuò)展；二是可以復(fù)用目前人類已掌握好的比較成熟技術(shù)，如微納加工技術(shù)、射頻技術(shù)等；三是超導(dǎo)量子芯片這個(gè)方向，占據(jù)了整個(gè)量子計(jì)算行業(yè)80%的人力、物力和財(cái)力，這就是我們看好這條路線的重要原因。”
鈦媒體App了解到，量旋科技明年或?qū)l(fā)布的這款首臺(tái)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，內(nèi)置從國內(nèi)科研院所采購的芯片。但同時(shí)，該公司也正在自研超導(dǎo)芯片，集中于IC設(shè)計(jì)部分，并由下游代工企業(yè)生產(chǎn)，自研芯片的主要目的是提升量子比特?cái)?shù)和量子比特保真度，其或?qū)⒃谙乱淮a(chǎn)品中進(jìn)行使用。
鄒均庭強(qiáng)調(diào)，50個(gè)量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)是公司兩年內(nèi)的目標(biāo)，5年內(nèi)的終極目標(biāo)是做到400比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，超越國內(nèi)同行，并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
不過，鄒均庭也坦承稱這一目標(biāo)依然有諸多因素要克服。在采訪中，他提到了超過90次“可能”這個(gè)詞。而“可能”似乎也是他對(duì)于這一目標(biāo)的隱憂。
“在目前技術(shù)上，實(shí)現(xiàn)400量子比特仍有一定難度。與IBM這樣的巨頭相比，我們需要比現(xiàn)在更多的現(xiàn)金支持，需要更多研發(fā)人才，需要突破更多技術(shù)瓶頸，需要更多的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。”鄒均庭坦然表示，“但未來就是如此，公司發(fā)展迅速，前沿技術(shù)一天一個(gè)變化，誰也不能預(yù)測(cè)未來究竟會(huì)變成什么樣。”
（本文首發(fā)鈦媒體App，作者 | 林志佳，編輯 | 趙宇航）
