2021年9月，北京量子信息科學研究院（北京量子院）超導量子計算研究員于海峰及其科研團隊發(fā)布了長壽命超導量子比特芯片，創(chuàng)造了新的世界紀錄。這項研究成功使量子比特相干時間達到503微秒，是目前國際文獻報道的最高值，展現(xiàn)了北京高質(zhì)量建設國際科技創(chuàng)新中心的階段性成果。

“今年是‘十四五’時期北京國際科技創(chuàng)新中心建設的加速時期，我和團隊將繼續(xù)攻堅克難，在量子計算的賽道上跑出加速度”。北京市第十三次黨代會黨代表、北京量子院研究員于海峰說。

2019年，長期從事超導量子計算和量子模擬研究的于海峰入職北京量子院，他發(fā)揮黨員先鋒模范帶頭作用，快速組建了一支由40多人組成的科研團隊。“團隊成員95%以上具有博士學位，有30%以上具有海外留學背景，分別來自物理、電子、計算機等不同專業(yè)，從量子計算機研發(fā)的不同角度進行團隊作戰(zhàn)攻關(guān)。”

圍繞建造實用化量子計算機的總目標，于海峰把科研進度逐層分解為1年期、2年期、5年期多個階段，具體任務也不斷細化，甚至每個攻關(guān)小組都立下了“軍令狀”。這一舉措的成效明顯。

芯片設計與加工小組重點針對量子比特的相干時間、門操控保真度和多比特集成3個硬核指標進行攻關(guān)，在相干時間方面，加工出國際最高報道值的長壽命超導量子比特。這項成果使用新型超導材料和工藝，補足了超導量子計算路線版圖中相干時間不足的短板，打破了2020年普林斯頓大學360微秒的紀錄，為量子計算的實用化發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

對話：我國在量子芯片的制造上走到了國際前列

新京報：在2021年中關(guān)村論壇上，“長壽命超導量子比特芯片突破500微秒大關(guān)”作為北京市的重大成果面向全球發(fā)布。這意味著什么？

于海峰：這個成果有兩個意義。

一是科學上的。超導量子計算是目前進展迅速，也是獲得各國政府和企業(yè)最大投入的量子計算方案，同其他技術(shù)路線相比，它最大的障礙就是量子比特的相干時間比較短。而量子計算的所有計算過程必須在相干時間內(nèi)完成，超過這個時間的話，量子比特就會變成經(jīng)典比特，不能再進行量子計算了。

相干時間越長，可操作的量子電路就越深，這樣才能運行有實用價值的量子算法。所以，量子比特的相干時間，也稱量子比特的壽命，是超導量子計算最為重要的基礎(chǔ)指標，是國際各組的競爭焦點。本次超導量子比特壽命超過500微秒大關(guān)，意味著相干時間不再是超導量子計算一個原則性的障礙，給它的發(fā)展注入了“強心劑”。

二是意味著我國在量子芯片的制造上已經(jīng)走到了國際前列。以前我國超導芯片的壽命一直在幾十微秒徘徊，而本次的成果說明我們已經(jīng)掌握了高質(zhì)量量子芯片的制備技術(shù)。自從這個成果發(fā)布，陸續(xù)收到國內(nèi)外不同研究機構(gòu)的祝賀和細節(jié)詢問，提升了我國在此領(lǐng)域的影響力。

新京報：你和團隊在一年多的時間里就完成了這項研究，短時間內(nèi)出成果是你們對自己的要求嗎？這期間，你們經(jīng)歷了哪些挑戰(zhàn)和困難？是如何克服的？

于海峰：因為量子比特壽命的指標非常關(guān)鍵，基本上是每個團隊的基本功，我們團隊剛一成立，就決定把相干時間這個硬骨頭作為團隊的第一個攻關(guān)目標。攻關(guān)的過程比較艱辛，難點包括高質(zhì)量薄膜的生長、刻蝕邊界的優(yōu)化、表面和界面的處理以及測量線路噪聲的抑制等方面。

我們經(jīng)過了無數(shù)次的失敗，甚至用上了地毯式的排查方法，終于在一個不起眼的細節(jié)處發(fā)現(xiàn)了一些蛛絲馬跡，讓我們掌握了高質(zhì)量薄膜生長和刻蝕條件的規(guī)律。同時，這也得益于薛其坤院士團隊多年的超高質(zhì)量薄膜生長經(jīng)驗，我們得到了近乎“零缺陷”的超導薄膜。

新京報：你和團隊的下一步研究方向和目標是什么？

于海峰：在掌握高質(zhì)量單比特制備技術(shù)之后，我們團隊下一個研究方向是把這種制備技術(shù)應用到多比特制備中，因為量子計算如果要有實用價值，至少要在百比特規(guī)模，而且還要求是高質(zhì)量的。這給我們提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。團隊正在夜以繼日地攻關(guān)，目標是在多比特芯片上展示出有實用價值的量子算法，并且接入量子云，逐漸培養(yǎng)企業(yè)用戶。

新京報：北京量子院是北京市政府聯(lián)合中國科學院、北京大學、清華大學等單位共同建設的新型研發(fā)機構(gòu)。工作3年多來，你認為這里的科研氛圍和環(huán)境如何？

于海峰：北京量子院的科研氛圍和環(huán)境都非常棒。北京量子院整合了北京地區(qū)最為優(yōu)勢的量子科技力量，形成集團軍來對重大任務課題進行攻關(guān)。

成立四年多以來，在北京市科委、中關(guān)村管委會的穩(wěn)定資助下，科研人員可以心無旁騖地搞科研，科研硬件條件國際一流，不用再為跑經(jīng)費而煩惱。而且作為新型研發(fā)機構(gòu)，有它特有的體制機制優(yōu)勢，比如“三無三有”的管理體制，即無規(guī)格、無編制、不按人員編制經(jīng)費預算和量子院對課題確立、團隊選聘和經(jīng)費使用有自主權(quán)，這些都是其他傳統(tǒng)科研機構(gòu)所不具備的，更適合重大任務攻關(guān)和科研成果轉(zhuǎn)化，例如在北京量子院誕生的國際首臺百公里量子直接通信樣機和高功率桌面激光光源等重大成果都是很好的證明。

新京報：作為量子計算黨小組組長，你如何提高黨員同志的創(chuàng)造力、凝聚力和戰(zhàn)斗力，在超導量子計算方面不斷取得科研突破的？

于海峰：在重大任務攻關(guān)面前，全員要統(tǒng)一思想認識，我們很推崇“兩彈一星精神”和“航天精神”，用這兩個精神來鼓舞和激勵團隊的斗志，敢打敢拼，有信心，不怯戰(zhàn)。

工作中，實行黨員骨干化，這個骨干不一定是業(yè)務上的骨干，主要是思想上的骨干，黨員起到先鋒模范帶頭作用，主動承接起“費力不討好”類型的工作。同時也進行骨干黨員化，提升業(yè)務骨干的思想意識，積極吸納優(yōu)秀分子入黨。

在具體重大課題中，要分解好任務模塊，每一個模塊至少有一位黨員參與，同時還要做好模塊之間的銜接，確保所有的模塊都能夠同步，不能有一個模塊拖后腿。

新京報：日前，你獲得2022年北京“最美科技工作者”榮譽，對此你有何感受？你將如何帶領(lǐng)青年科技工作者助力北京國際科創(chuàng)中心建設？

于海峰：首先感謝北京市科協(xié)的認可，我自己非常激動。這是一個很高的榮譽，有時自己覺得做得還不夠好，北京市有數(shù)以萬計的科技工作者長期工作在第一線，他們的那種平凡和堅守讓我感動，大家都是最美科技工作者。

今年是“十四五”時期北京國際科技創(chuàng)新中心建設的第二年，也是加速時期，我和我的團隊一定按照北京市和量子院的規(guī)劃，繼續(xù)攻堅克難，在量子計算的賽道上跑出加速度，以實際行動助力北京國際科創(chuàng)中心建設。

新京報記者 張璐

編輯 唐崢 校對 盧茜