2021年9月，北京量子信息科學(xué)研究院（北京量子院）超導(dǎo)量子計(jì)算研究員于海峰及其科研團(tuán)隊(duì)發(fā)布了長壽命超導(dǎo)量子比特芯片，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。這項(xiàng)研究成功使量子比特相干時(shí)間達(dá)到503微秒，是目前國際文獻(xiàn)報(bào)道的最高值，展現(xiàn)了北京高質(zhì)量建設(shè)國際科技創(chuàng)新中心的階段性成果。

“今年是‘十四五’時(shí)期北京國際科技創(chuàng)新中心建設(shè)的加速時(shí)期，我和團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)攻堅(jiān)克難，在量子計(jì)算的賽道上跑出加速度”。北京市第十三次黨代會(huì)黨代表、北京量子院研究員于海峰說。

2019年，長期從事超導(dǎo)量子計(jì)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(tuán)隊(duì)。“團(tuán)隊(duì)成員95%以上具有博士學(xué)位，有30%以上具有海外留學(xué)背景，分別來自物理、電子、計(jì)算機(jī)等不同專業(yè)，從量子計(jì)算機(jī)研發(fā)的不同角度進(jìn)行團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)攻關(guān)。”

圍繞建造實(shí)用化量子計(jì)算機(jī)的總目標(biāo)，于海峰把科研進(jìn)度逐層分解為1年期、2年期、5年期多個(gè)階段，具體任務(wù)也不斷細(xì)化，甚至每個(gè)攻關(guān)小組都立下了“軍令狀”。這一舉措的成效明顯。

芯片設(shè)計(jì)與加工小組重點(diǎn)針對(duì)量子比特的相干時(shí)間、門操控保真度和多比特集成3個(gè)硬核指標(biāo)進(jìn)行攻關(guān)，在相干時(shí)間方面，加工出國際最高報(bào)道值的長壽命超導(dǎo)量子比特。這項(xiàng)成果使用新型超導(dǎo)材料和工藝，補(bǔ)足了超導(dǎo)量子計(jì)算路線版圖中相干時(shí)間不足的短板，打破了2020年普林斯頓大學(xué)360微秒的紀(jì)錄，為量子計(jì)算的實(shí)用化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

對(duì)話：我國在量子芯片的制造上走到了國際前列

新京報(bào)：在2021年中關(guān)村論壇上，“長壽命超導(dǎo)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(gè)成果有兩個(gè)意義。

一是科學(xué)上的。超導(dǎo)量子計(jì)算是目前進(jìn)展迅速，也是獲得各國政府和企業(yè)最大投入的量子計(jì)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(shí)間比較短。而量子計(jì)算的所有計(jì)算過程必須在相干時(shí)間內(nèi)完成，超過這個(gè)時(shí)間的話，量子比特就會(huì)變成經(jīng)典比特，不能再進(jìn)行量子計(jì)算了。

相干時(shí)間越長，可操作的量子電路就越深，這樣才能運(yùn)行有實(shí)用價(jià)值的量子算法。所以，量子比特的相干時(shí)間，也稱量子比特的壽命，是超導(dǎo)量子計(jì)算最為重要的基礎(chǔ)指標(biāo)，是國際各組的競爭焦點(diǎn)。本次超導(dǎo)量子比特壽命超過500微秒大關(guān)，意味著相干時(shí)間不再是超導(dǎo)量子計(jì)算一個(gè)原則性的障礙，給它的發(fā)展注入了“強(qiáng)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(dǎo)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(gè)成果發(fā)布，陸續(xù)收到國內(nèi)外不同研究機(jī)構(gòu)的祝賀和細(xì)節(jié)詢問，提升了我國在此領(lǐng)域的影響力。

新京報(bào)：你和團(tuán)隊(duì)在一年多的時(shí)間里就完成了這項(xiàng)研究，短時(shí)間內(nèi)出成果是你們對(duì)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?yàn)榱孔颖忍貕勖闹笜?biāo)非常關(guān)鍵，基本上是每個(gè)團(tuán)隊(duì)的基本功，我們團(tuán)隊(duì)剛一成立，就決定把相干時(shí)間這個(gè)硬骨頭作為團(tuán)隊(duì)的第一個(gè)攻關(guān)目標(biāo)。攻關(guān)的過程比較艱辛，難點(diǎn)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(gè)不起眼的細(xì)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(shí)，這也得益于薛其坤院士團(tuán)隊(duì)多年的超高質(zhì)量薄膜生長經(jīng)驗(yàn)，我們得到了近乎“零缺陷”的超導(dǎo)薄膜。

新京報(bào)：你和團(tuán)隊(duì)的下一步研究方向和目標(biāo)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(tuán)隊(duì)下一個(gè)研究方向是把這種制備技術(shù)應(yīng)用到多比特制備中，因?yàn)榱孔佑?jì)算如果要有實(shí)用價(jià)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(tuán)隊(duì)正在夜以繼日地攻關(guān)，目標(biāo)是在多比特芯片上展示出有實(shí)用價(jià)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(bào)：北京量子院是北京市政府聯(lián)合中國科學(xué)院、北京大學(xué)、清華大學(xué)等單位共同建設(shè)的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)。工作3年多來，你認(rèn)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(tuán)軍來對(duì)重大任務(wù)課題進(jìn)行攻關(guān)。

成立四年多以來，在北京市科委、中關(guān)村管委會(huì)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(fèi)而煩惱。而且作為新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，有它特有的體制機(jī)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(fèi)預(yù)算和量子院對(duì)課題確立、團(tuán)隊(duì)選聘和經(jīng)費(fèi)使用有自主權(quán)，這些都是其他傳統(tǒng)科研機(jī)構(gòu)所不具備的，更適合重大任務(wù)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(tái)百公里量子直接通信樣機(jī)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(bào)：作為量子計(jì)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(dǎo)量子計(jì)算方面不斷取得科研突破的？

于海峰：在重大任務(wù)攻關(guān)面前，全員要統(tǒng)一思想認(rèn)識(shí)，我們很推崇“兩彈一星精神”和“航天精神”，用這兩個(gè)精神來鼓舞和激勵(lì)團(tuán)隊(duì)的斗志，敢打敢拼，有信心，不怯戰(zhàn)。

工作中，實(shí)行黨員骨干化，這個(gè)骨干不一定是業(yè)務(wù)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(dòng)承接起“費(fèi)力不討好”類型的工作。同時(shí)也進(jìn)行骨干黨員化，提升業(yè)務(wù)骨干的思想意識(shí)，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(wù)模塊，每一個(gè)模塊至少有一位黨員參與，同時(shí)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(gè)模塊拖后腿。

新京報(bào)：日前，你獲得2022年北京“最美科技工作者”榮譽(yù)，對(duì)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(shè)？

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

今年是“十四五”時(shí)期北京國際科技創(chuàng)新中心建設(shè)的第二年，也是加速時(shí)期，我和我的團(tuán)隊(duì)一定按照北京市和量子院的規(guī)劃，繼續(xù)攻堅(jiān)克難，在量子計(jì)算的賽道上跑出加速度，以實(shí)際行動(dòng)助力北京國際科創(chuàng)中心建設(shè)。

新京報(bào)記者 張璐

編輯 唐崢 校對(duì) 盧茜