“一根线”的卡脖子问题解决！我国第三代超导量子计算机取得重大突破！
近日，中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”核心部件高密度微波互连模组在合肥完成重大突破，成功解决“一根线”的卡脖子问题，实现完全国产化。
量子计算大脑的“神经网络”
量子芯片是量子计算机的“大脑”，需要在-273.12℃或更低的极低温环境中运行。高密度微波互连模组则是量子计算机的“神经网络”，它既要能准确传输信号，又要隔绝热量，为量子计算“大脑”与外部设备之间的量子信息传输建立高速、稳定的通道。
在高密度微波互连模组中，有一根至关重要的线，那就是极低温特种高频同轴线缆，这根线是量子计算机信号传输的关键组件，但是其被国外供应商垄断，导致采购价格高昂。
为了打破外国的垄断，我国科技工作者研制出了国产高密度微波互连模组，它可为100+位量子芯片提供微波信号传输通道，并且能够在极低热泄漏环境下实现微波信号的跨温区稳定传输。该模组的成功研发使得量子芯片能够发挥出更强大的计算能力，有助于我国量子计算机更高效运行。
横空出世的“本源悟空”
2024年1月6日，我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”上线运行，并向全球用户限时免费开放。
这是中国量子算力首次大规模、长时间向全球开放，标志着我国正式进入量子算力可用时代，也意味着中国自主超导量子计算机制造链已然成型。
短短3个月内，“本源悟空”就已经吸引了全球117个国家共计511万人次的远程访问，完成了约16.9万个全球量子计算任务。
二十六年，三代科学家接力
中国量子计算机的起步，可以追溯到26年前。
1998年，中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿正在筹办“量子通信和量子计算”香山科学会议。为了扩大会议影响，想邀请一位“大人物”来主持会议。这位“大人物”，就是“两弹一星”元勋钱学森。
在致钱学森的信中，郭光灿大胆建议要拿出当年搞“两弹一星”的精神来搞量子信息，并热切邀请钱学森来主持会议。没多久，郭光灿就收到了钱学森的回信。钱学森在信中高度赞同他的观点，认为我国应集全国力量攻克量子信息系统的技术问题。尽管钱学森因身体状况未能参会，但他的支持，如曙光一般照亮了中国量子科学研究的前程。从那时起，郭光灿开始研究相关项目。2001年，他获得了我国首个量子信息领域的国家级重大项目资助。
时间来到2010年，郭光灿的学生郭国平接过接力棒，担任了“固态量子芯片研究”重大专项首席科学家。2013年，郭国平带领团队，在一个电子上实现了10皮秒级的量子逻辑门运算，将原世界纪录提高近百倍，为基于半导体材料的量子计算机研究打下坚实基础。
2017年，郭国平创办了国内首家量子计算机产业化企业，本源量子计算科技（合肥）股份有限公司（以下简称本源量子）。
量子计算机因其强大的计算能力和广泛的应用前景，被视为超级工业加速器。2023年，谷歌做了一项对比测试，结果表明：相同的计算任务，量子计算机只需3分钟内就可完成，而最快的超级计算机则约需50年。
2024年初，本源量子推出搭载72位自主超导量子芯片的量子计算机——“本源悟空”。“悟空”寓意着其拥有像大圣72变一样强大的算力。
从0做起，研发中国人自己的量子计算机
超导量子计算机产业链有3个关键点，芯片、硬件、软件。
为了造出中国自主的量子计算机，本源量子建设了量子芯片制造封装和量子计算机组装测试两大实验室，完成了从芯片到整机软硬件的全栈式开发。
量子芯片需要在-273.15℃的极低温条件下运行。这就要求连接量子芯片的线缆不仅传输信号不能失真，还要隔绝热量。
为解决这一难题，安徽省量子计算工程研究中心与中电科四十所联合攻关，研制出适用于极低温环境的高密度微波互连模组，并实现了该模组的国产化。这为我国超导量子计算机的产业化提供了重要支持。
量子计算机组装测试需要将量子芯片、量子测控仪器仪表、量子操作系统、量子软件等部件进行整机组装。要想每一个部件都实现国产化，就要从零做起，这意味着巨大的挑战。
“本源悟空”硬件研制团队负责人孔伟成介绍，新机器匹配了本源第三代量子计算测控系统“本源天机”，实现了国内首次量子芯片的批量自动化测试，使量子计算机整机运行效率提升数十倍。
除了芯片和硬件，“本源悟空”还搭载了我国首个量子计算机操作系统“本源司南”3.0版本。操作系统研发团队负责人窦猛汉告诉记者，这一系统在国内实现了首次对量子计算任务批量处理的支持，不但能够支持量超协同计算，还可高效调度量子计算资源，大幅提升量子计算机整机运行效率。
从实验室走向制造链
2024年4月10日，“本源悟空”成功装备国内首个PQC（后量子密码）抗量子攻击护盾，标志着我国量子计算机制造链更加完备，从算力提升升级到了攻守兼备。
目前，“本源悟空”已与多个国家级超算中心以及金融、通信、电力、航空、航天等部门和单位展开合作。这些行业的积极参与，为中国量子计算机的制造应用提供了更为优渥的科研土壤。
今年的政府工作报告提出，将积极培育新兴产业和未来产业，制定未来产业发展规划，开辟量子技术、生命科学等新赛道，创建一批未来产业先导区。
量子计算机制造链一头连着科技创新，一头连着新质生产力。研究团队将加速量子计算的原理验证、技术转化和应用开发，向着实现大规模可编程通用量子计算机的目标稳步迈进！
来源：科普中国
编辑：王 珊
审核：贾慧娟
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