3年量产背后：图灵量子的光量子计算“野心”

■ 预计今年底投产。今年3月，成立只有3年多的图灵量子启动国内首条光子芯片中试线建设，这也是目前全球唯一具备全链条研发能力的光子芯片中试线。量产后，图灵量子预计每年可生产晶圆一万片

■ 去年1月打造国内首个量子智算中心；今年4月正式入驻国家超算互联网平台……在这一轮以量子计算与量子通信为代表的“第二次量子革命”浪潮中，图灵量子创始人金贤敏教授希望图灵量子能扮演重要角色

“预计今年底。”当记者逮住国内首家光量子计算公司“图灵量子”创始人、上海交通大学长聘教授金贤敏，询问公司在建的国内首条光子芯片中试线何时投产时，他给出了时间表。此时距离图灵量子成立只有3年多。

今年3月，图灵量子启动国内首条光子芯片中试线建设，这也是目前全球唯一具备全链条研发能力的光子芯片中试线。国际上该领域融资额最高的两个团队——PsiQ和Xanadu，尚无全链条的能力。量产后，图灵量子预计每年可生产晶圆一万片。

光量子芯片属于上海五大未来产业中的未来智能产业，也是解决智能时代算力瓶颈的“版本答案”之一。50个光子的量子计算系统，其算力相当于连续六次世界排名第一的“天河”超级计算机，而240个光子所表达的状态个数总和已相当于宇宙原子的个数总和。

自2003年师从量子通信领军学者、中国科学院院士潘建伟至今，金贤敏已在量子领域摸爬滚打了20余年。随着人工智能产业对算力愈发“渴求”，图灵量子的发展也在加速——去年1月打造国内首个量子智算中心；今年4月正式入驻国家超算互联网平台……在这一轮以量子计算与量子通信为代表的“第二次量子革命”浪潮中，金贤敏希望从“大零号湾”起步的图灵量子能扮演重要角色。

算力需求增长超越摩尔定律，光量子计算换道超车

以大模型为代表的生成式人工智能席卷全球，算力竞争进一步加剧。据测算，AI训练所需算力每三个半月翻一倍，而摩尔定律下的晶体管数量每18个月才翻一倍，算力供需“剪刀差”持续拉大，量子计算成为共识解决方案。

目前量子计算主要有超导、离子阱及光量子三条技术路线，其中超导路径最为拥挤，IBM、谷歌、英特尔以及国内的本源量子、国盾量子等都在这一路线上布局。金贤敏则持续看好光量子路径，因为实现通用量子计算机有三个前提——百万量子比特的操纵能力、低环境要求、高集成度，光量子是目前能满足这三个条件的最佳路径。

光量子芯片，即利用光子的量子特性进行信息处理和传输的芯片。光信号以每秒30万公里的速度在指甲盖大小的线路中奔跑，光子的叠加态、纠缠态等量子特性，可实现比传统计算机更快速、更强大的计算能力。要实现这一能力，需要将大量光子器件通过光刻的方式集成在光量子芯片之中，并实现对各个光子器件的精准调控。

选择光量子路径，也就是选择了在芯片的底层机理、制作工艺、系统集成上全部从零开始，是实实在在的“换道”。以材料为例，2018年开始，金贤敏团队就试图在铌酸锂薄膜——一种极难刻蚀的材料上进行光量子芯片的制备。

“没有前人的经验，全凭自己摸索。”金贤敏说。不过这条路也并非没有优势，光子芯片受制程影响小，研究团队不用再绞尽脑汁为把制程“卷”到几纳米内而烦恼。“我们中试线的制程是110纳米，芯片性能已经非常好了。”他说。

瞄准全链条自主可控，量子时代不能再“缺芯少魂”

与一般创业公司从深耕某个关键领域起步不同，图灵量子成立之初，就致力于拥有光量子计算全链条研发能力。所谓“全能”，是指需具备从芯片设计、封装、测试，到系统集成、量子算法等的一系列能力，并坚持自主流片。

这一选择与金贤敏在牛津大学伊恩·沃姆斯利研究团队攻读博士后的经历有关。那时，他与三位师兄弟总是要在老旧的芯片上设计实验，有时一个实验就要等上一两年。同行的境遇也差不多，英国布里斯托大学团队连续换了三家流片合作伙伴，都不太满意。

“光子芯片的迭代速度太快了，往往上一代芯片还没制作完成，我们的新设计又出来了。”金贤敏说，从那时开始，他就决定要打造芯片生产线，将主动权掌握在自己手中。

图灵量子如今的“全能”也得益于金贤敏2014年回国后，担任上海交大光子集成与量子信息实验室主任时期的“向死而生”。那时，纠缠态光子最高制备能力是潘建伟院士团队保持的10光子纪录，想要多捕捉一对光子，成功率就下降至原来的1/100，而想要超越超级计算机的能力，光子数量要达到50个以上，每多N个光子，计算能力就提升2的N次方倍。金贤敏另辟蹊径，从量子演化系统的物理尺度本身着手，通过构建大规模、高复杂度和三维集成的光量子集成芯片，来提高量子计算的性能。

经历了4年沉寂，从2018年开始，金贤敏团队以每月一篇的频率在国内外顶级期刊上发表论文，迄今已在顶刊上发表论文40多篇。这份成绩足以使金贤敏在攀登学术金字塔的路途中一路顺遂，但2021年，他选择了创业。

在很多人看来，金贤敏创业是受到了他在牛津大学求学时的老友杰里米·奥布莱恩的影响。

2020年春节期间，奥布莱恩在美国硅谷创立的光量子计算公司PsiQ即将获得巨额投资。事实上，很少有人知道，金贤敏在牛津时期就在当时的租借房内注册了一家公司。他一直在等待光量子计算产业的爆发时点，并为此做好准备。

“成为量子时代的‘英特尔’。”金贤敏毫不避讳自己的“野心”。如今，图灵量子已构建起了完全自主可控的光量子芯片和量子算法双底层核心技术驱动能力，拥有自研的光量子芯片、专用光量子计算机、光子处理器、光量子测控系统、光量子EDA软件、求解器、算法安全平台以及量子云智算平台等全栈软硬件产品。如此极具前瞻性的“全能”布局，为的是避免过去“缺芯少魂”的困境在量子计算时代重演。

培育智算产业应用生态，莫要“起了大早，赶了晚集”

“光量子计算落地应用，能对当前的产业带来多大影响？计算速度能提升多少倍？”这个来自投资人的简单一问，却让对答如流的金贤敏沉默了。“我不知道。”他如实回答，因为这些问题需要更多产业“试验田”来作答。

量子计算是基于量子力学原理的全新计算模式，具有原理上远超经典计算的强大并行计算能力。简单来说，CPU适合做二进制类型的运算，GPU适合做矩阵计算，量子计算擅长复杂问题求解，比如优化、搜索、模拟等问题。

目前，国内量子计算还处于生态培育阶段，应用场景开发尚不完善。相比之下，在全球范围内，量子计算正快速进入经济社会生活的方方面面。

比如，美国、加拿大、欧洲等地，设有量子计算部门的公司比例逐年提高；在航空运输领域，用量子计算来测算如何摆放货物更省油已成行业惯例；IBM、Xanadu、霍尼韦尔、谷歌等厂商已为用户建立近百个量子智算中心。

当下，将量子计算融入超级计算中心，打造各有侧重、各展所长的智算中心，已是全球发展趋势之一。今年4月，图灵量子入驻国家超算互联网平台，就是探索量子计算与经典算力、人工智能融合发展，进而赋能百业的一次尝试。

“量子计算机的超强算力可准确评估分子、蛋白质和化学物质之间的相互作用；量子启发算法可为人工智能带来新的‘解法’，比如仅靠摄像头数据就能打造厘米级精度的地图，解决地下停车场的导航问题。”金贤敏细数着量子计算带来的各种可能性，他希望上海在这一未来产业发展中抓住先机。

产业升级是一场关乎技术供给侧与产业需求侧的“双人舞”，图灵量子希望成为光量子计算产业的重要参与者和见证者。对于一路上必有的荆棘，金贤敏用公司的信条回应：“Nothing Difficult（没有解决不了的问题）。”

来自：文汇