近日，上海思量量子科技有限公司發(fā)布了國內(nèi)首款商用科研級光量子計算機，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，已收到兩個客戶訂單。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，是國內(nèi)第一家研發(fā)光量子計算產(chǎn)品的企業(yè)。光量子計算是量子科技的一個前沿領(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。

與國外同行競爭合作，早日實現(xiàn)光量子芯片、鈮酸鋰薄膜光子芯片、光量子計算機等成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，是金賢敏的夢想?！拔覀凂R上要再成立一家新公司，搭建光子芯片研發(fā)中試線平臺，盡早將這類變革性芯片用于光通信、光互連、人工智能和量子計算等新一代信息處理技術(shù)領(lǐng)域?！?/p>

“雪中送炭”催生光量子芯片

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

從2014年到2017年，金賢敏團隊一直沒有很亮眼的成果發(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”。幸運的是，上海市科委于2016、2017年連續(xù)兩年立項支持他們的前沿基礎(chǔ)研究，給了這個團隊得以“續(xù)命”的經(jīng)費資助。“當(dāng)時，我被市科委拉進一個叫‘量子群落’的微信群，還受邀參加了多次線下沙龍活動，我的研究方向得到了專家的認(rèn)可?！苯鹳t敏說，“作為一名青年學(xué)者，這樣的機遇讓我倍感榮幸。拿到雪中送炭的科研經(jīng)費，對我們團隊開展前沿探索和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)至關(guān)重要?！?/p>

飛秒激光直寫三維集成光量子芯片平臺

在市科委和國家自然科學(xué)基金委的支持下，這個光量子計算研發(fā)團隊度過了最艱難的時期，迎來了科研成果的“井噴”。2018年5月，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》子刊《科學(xué)進展》發(fā)表了他們的一項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)點數(shù)從過去的幾十個提升至49×49個（共2401個節(jié)點）。制備這種芯片的技術(shù)是飛秒激光直寫，解放日報上觀新聞記者在實驗室里看到，科研人員操縱激光器在二氧化硅材料上方移動，仿佛在進行立體畫創(chuàng)作。在幾百飛秒（1飛秒僅為1秒的一千萬億分之一）時間內(nèi)，激光在不損傷材料表面的情況下就能完成對材料內(nèi)部的修飾和改性，制造出任意形狀的三維結(jié)構(gòu)和光子線路。

這種芯片有何神奇之處？金賢敏團隊用它演示了首個真正空間二維的量子行走，并進一步成功演示了量子快速到達算法。簡而言之，這個算法是將一束光輸入一個迷宮般的網(wǎng)絡(luò)，研究如何讓每個光子同時搜索最優(yōu)路徑，以效率最高的方式從網(wǎng)絡(luò)的某個出口逃離。十幾年前，量子物理理論學(xué)家構(gòu)想出這個算法后，始終無法在實驗室里進行演示。掌握高達49×49個節(jié)點的三維集成光量子芯片制備能力后，難題迎刃而解。這項研究成果已發(fā)表在國際知名學(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

為了推動光量子計算科研成果的轉(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)注冊過程中，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)中心還在落戶手續(xù)、子女上學(xué)等生活問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。

今年國內(nèi)疫情得到控制后，公司運營步入正軌，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)團隊緊密協(xié)作，正逐步將實驗室里的科研成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。

利用三維集成光量子芯片，思量量子開發(fā)出一款科研級光量子計算機，其量子算法保真度大于80%，可用于量子行走、玻色采樣、量子快速到達等算法的實現(xiàn)與演示，也可根據(jù)專屬用戶與合作伙伴的需求進行光量子芯片的定制與開發(fā)。

籌建新公司開展光子芯片中試

除了光量子芯片，金賢敏團隊還在實驗室里成功制備出鈮酸鋰薄膜光子芯片。這也是一種近年來興起的新型芯片，具有光譜范圍廣、調(diào)制速度快、集成度高、損耗低等優(yōu)勢，有望替代硅光和傳統(tǒng)光調(diào)制器，成為光量子計算、光學(xué)人工智能處理器和光通信的核心部件?！澳壳?，高速光調(diào)控模塊的全球市場年銷售額高達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)，其市場前景是非常誘人的?！苯鹳t敏告訴記者，“我們利用CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）兼容工藝，在國產(chǎn)鈮酸鋰薄膜材料上刻蝕出高集成度的光子線路結(jié)構(gòu)，接近國際領(lǐng)先水平，達到了中試條件?！?/p>

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平臺，金賢敏正在籌建一家新公司?！耙延兴膫€城市、多家頭部投資機構(gòu)向我們伸出了橄欖枝。我們希望在政府和投資機構(gòu)支持下，實現(xiàn)兩種光子芯片的中試生產(chǎn)，成功后再建設(shè)產(chǎn)線，進行大規(guī)模量產(chǎn)。”

在他看來，光量子計算的產(chǎn)業(yè)化路徑可以采用“殺雞用牛刀”策略，因為量子計算機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，光量子計算企業(yè)有望在較短時間內(nèi)取得營收，還能帶動技術(shù)的高端化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)。
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