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彰显“上海实力”的高水平量子科技成果频频亮相国际顶尖期刊 量子中心打造世界一流软硬件载体

成功研制62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”、实现迄今最快实时量子随机数发生器、实现500公里量级现场无中继光纤量子密钥分发……最近,彰显“上海实力”的高水平量子科技成果频频亮相国际顶尖期刊。

上海在量子科研主要方向上成果频出的背后,与近年来上海在量子领域相关科研力量不断集聚,逐步形成优势互补、协同创新的量子研究“联合舰队”有着重要关联。位于浦东秀浦路的上海量子科学研究中心(简称“量子中心”),正在为这支“联合舰队”的日益壮大,打造世界一流的软硬件载体。

消除“门户之见”,建设更包容的新型研发机构

当前,以量子信息科学为代表的量子科技正在不断形成新的科学前沿,激发革命性的科技创新,孕育对人类社会产生巨大影响的颠覆性技术。

在我国量子科技领军人物、中国科学院院士潘建伟看来,这个过程的实现需要有各方力量的协同,更需要有战略目标的牵引,“虽然上海量子科学研究中心挂牌成立于2019年6月,但各方科研力量联合之势的形成已历经多年”。

2011年,中科院量子科学实验卫星“墨子号”项目立项。它所提出的近乎苛刻的工程目标,在此后七八年内推动了中科院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院、上海光学精密机械研究所等科研机构在量子元器件方面的技术发展。同时,这些研究所深厚的技术积累,也支撑了“墨子号”科学目标最终实现。

更重要的是,在“墨子号”研发过程中,我国量子通信科研领域第一次实现了基础研究与工程科研“你中有我、我中有你”的强强联合。而这种良性合作关系,很快在“墨子号”上天之后的相关科研中得到了延续和发展。

上海量子科学研究中心是由中国科学院与上海市政府依托中国科技大学共建。为了更好完成量子相关科学任务,复旦大学、上海交通大学、华东师范大学等量子领域的上海科研力量,也逐步加入到这支走在世界量子科技前沿的联合团队中。“为消除门户之见,中科大虽为牵头单位,但量子中心最终在定名中隐去了‘中科大’三个字。”中国科学院院士、上海量子科学研究中心主任王建宇告诉记者,这显示了这家新型研发机构更大的包容性,“实际上,中心联合的量子领域科研力量早已超出了上海的范畴,扩大到了长三角乃至全国”。

最优最简互补,各展所长发挥“1+1>2”潜能

最优、最简、互补,是上海量子科学研究中心定下的发展原则。

量子科技发展需要的投入巨大。潘建伟表示,只要事先约定好合作规则,就不会影响各个团队的积极性,“这就好像一炉煤球可以烧得很旺,但把煤球一个个拿出来,很快就会熄灭”。

量子中心发挥的协同创新作用有多大?今年5月,超导量子计算原型机“祖冲之号”宣布研制成功。“祖冲之号”实验主要负责人、中科大教授朱晓波告诉记者,量子中心对超导量子计算的促进非常显著,“有更多人可以在一起,齐心协力地高效推进研究”。

超导量子计算涉及很多高难度科学问题,包括实验设计、仿真、制备、测试、环境实现、噪声降低等诸多环节。比如,“祖冲之号”的处理器封装需要用到倒装焊技术,一声求助,就得到了中科院上海技术物理研究所的帮助;曾承担过“墨子号”研制的中科大教授彭承志,为“祖冲之号”带来了“墨子号”的电子学技术和工程管理经验;中科大教授陆朝阳在研制“九章”光量子计算原型机中发展起来的多比特量子操纵技术和验证算法,又为“祖冲之号”提供了充分借鉴,从而推动项目更顺利地完成。

“不少人也许对基础研究和工程应用有着很深的误解,认为两者泾渭分明,属于完全不同的两个领域。”王建宇说,其实在科学前沿探索中,这两者经常是密不可分的,“没有工程保障研制出仪器设备,理论就难以得到验证;缺乏科学目标的引导,工程技术研究也难以找到更高的发展方向”。

对此,中科院上海微系统与信息技术研究所尤立星教授有深切体会。在参与“九章”光量子计算原型机研制之前,他的单光子探测器效率一直徘徊在10%左右,刚接到“九章”提出的“探测效率要达到80%”的目标时,他认为是“不可能的任务”,“没想到经过几年的‘倒逼’,竟然真的达标了,而且还发现了更多改进空间”。

据介绍,目前量子中心还针对量子信息核心器件和设备进行了研发布局,到2030年预计可实现80%以上核心器件的自主可控。

筹建未来技术研究院,引进培养紧缺人才

在秀浦路上,一栋超过3万平方米的实验大楼正在建造,预计明年年底入驻启用。根据量子中心设想,这里将建设量子科技的共性技术平台,成为中心汇聚量子相关科研力量的坚实载体,为上海量子科技发展提供综合性支撑。

“我们准备在这里建造一座2000平方米的空间测试实验室,以及可以保持恒温恒湿、防震动的特殊条件实验室,为量子芯片、微纳器件的加工、测试提供保障。”王建宇表示,这些技术平台将有力推动长三角区域量子科研力量的聚合,“如果发展顺利,量子中心能够从目前的学术联盟发展成为实体化学术机构,若干年后将会成为我国最核心的量子研究基地”。

科技发展,人才是关键。成立两年来,量子中心已引进了十多位优秀杰出的青年人才。潘建伟认为,中心引进人才不贵多而贵精,尤其要适合中心的学科布局,“希望他们经过若干年发展,都可以成为某个科研方向上的领军人物”。

据悉,中科大正在与量子中心和中科院在沪相关研究所协同共建未来技术学院(上海),并设在量子中心。五年内,量子中心与中科大等联合培养的从本科到博士阶段的量子科技相关人才,规模可达千人左右。

责任编辑:Rex_09

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