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    致力于量子计算的商业化,量旋科技努力在超导量子技术上取得突破

    2020-12-28 09:47:12

    来源:林志佳   作者:林志佳

    阅读:194

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    [摘要] 邹均庭向钛媒体透露,量旋科技希望五年内超越国内同行,实现400量子比特(Qubits)超导量子计算机的商业化这一宏伟目标。

    谷歌2018年宣布打破IBM记录,用超导量子方式实现“量子优越性”(Quantum Supremacy)

    谷歌超导量子计算机

    【本文来自钛媒体特色栏目「快公司」

    在量子计算将改变世界,并革新医学、通信和人工智能技术的梦想风口下,中国正寻求打破美国、欧洲在这一领域近乎垄断的局面。

    12月4日,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队,与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,构建了76个光子的量子计算原型机“九章”,200秒内完成“高斯玻色取样”的快速求解,实现了“量子计算优越性”(Quantum Supremacy)的里程碑式突破。相关研究成果登在国际学术期刊《科学》杂志上,并引发全民热议。

    就在“九章”官宣的同一天,深圳的一家量子计算领域初创公司“量旋科技”(SpinQ)宣布完成数千万人民币A轮融资,由深圳高新投领投,前几轮老股东跟投。此轮融资将主要用于超导芯片量子计算机的研发与生产。

    尽管量旋科技联合创始人、总经理邹均庭博士告诉钛媒体App,选在同天公布这一消息纯属巧合,“要是知道他们发新闻我们就错开了”。但他也同时指出,相比陆朝阳团队发布的“九章”常温光量子突破性论文,量旋科技则希望量子计算机从科研走向落地阶段,落实到具体商业应用当中,寻求实现量子计算的产业化发展。

    量旋科技成立于2018年,是致力于量子计算的初创公司,专注于超导量子计算机、桌面型核磁共振量子计算机、以及量子计算相关软件的自主研发和生产。

    创始团队方面,邹均庭毕业于中国科学技术大学(“中科大”),研究生期间师从中国科学院院士、中国物理学家杜江峰院士,博士毕业后到了核磁共振仪(NMR)等美国科学仪器制造商布鲁克(Bruker)公司;公司另一位创始人、董事长项金根则本科和博士均毕业于清华大学物理系,博士毕业后,项金根在哈佛大学担任博士后和副研究员职位,此后进入计算机科学领域,曾在多家公司担任软件和算法负责人。公司联合创始人和首席科学家曾蓓博士为香港科技大学物理系教授,在清华物理系获得本科和硕士学位,博士阶段在麻省理工学院师从量子计算先驱人物Isaac Chuang,从事量子计算研究超过20年。

    产品方面,目前量旋科技已推出桌面型核磁共振量子计算机“双子座”,可以链接多个量子计算体系的云服务平台“金牛座”,并实现了部分硬件销售。公司接下来主要研发重心将在超导芯片量子计算机层面,以及对“双子座”的更新迭代。

    邹均庭向钛媒体App透露,量旋科技最快在2021年底发布其首个自主可控的超导芯片量子计算机,并希望五年内超越国内同行,实现400量子比特(Qubits)超导量子计算机的商业化这一宏伟目标。

    “实现量子计算的商业化”是量旋科技的核心竞争力

    量子是构成物质的基本单元,是不可分割的微观粒子(譬如光子和电子等)的统称。而量子信息技术(量子科技)是指通过对光子、电子和冷原子等微观粒子系统,及其量子态进行精确的人工调控和观测,借助量子叠加和量子纠缠等独特物理现象,以经典0和1理论无法实现的方式获取、传输和处理信息。

    今年10月16日下午,中共中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习,将“量子科技”上升为国家战略。华安证券发布研报认为,量子科技有望成为中国在全球科技产业中“换道超车”、掌握产业链话语权的重要核心技术。

    从产业技术应用演进来看,量子力学的发展促使量子科技产业第一次浪潮兴起,诞生了包括激光、半导体(硅)和磁共振成像(MRI)等具有划时代的重大科技突破。

    如今,随着基础研究带来技术突破,量子科技产业即将迎来第二次发展浪潮。

    当前量子科技的具体应用主要包括量子通信、量子计算和量子精密测量三个分支。

    量子通信:利用微观粒子的量子叠加态或量子纠缠效应等进行的信息或密钥传输,基于量子力学保证密钥分发的安全性,主要分量子隐形传态(QT)和量子密钥分发(QKD)两类。

    量子计算:以量子比特为基本单元,通过量子态的受控演化实现数据的存储计算,具有经典计算无法比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力,以实现计算机算力指数级增长趋势。在当下摩尔定律已接近极限、数据爆发式增长的需求背景下,量子计算拥有极强的技术潜力,可应用于复杂场景下的技术应用。

    量子精密测量:基于微观粒子系统及其量子态的精密测量,完成被测系统物理量的执行变换和信息输出,在测量精度灵敏度和稳定性等方面,比传统测量技术有明显优势。

    在这其中,包括量旋科技、IonQ、IBM量子计算中心等均是量子计算这一赛道的企业机构,也是实现未来通用型量子计算机的唯一路径。

    根据BCG预测,到2030年,量子计算的应用市场规模有望达到500多亿美元,发展空间广阔。

    目前量子计算主要有超导、离子阱、硅(芯片)量子点、拓扑、光量子、分子自旋等多个技术路径。不过,该技术现阶段仍处于科研开发阶段,成本过高、投入周期长,大部分量子计算技术实现条件较为苛刻,从而短期内难以实现商业化,是VC非常谨慎投资的领域之一。

    国内外的量子计算领域公司普遍以离子阱或超导量子比特作为主流量子计算机研发路线,因为以稳定长相干时间和高计算精度的特点被行业认同。但这两种技术实现条件较为苛刻:一是需要在超真空和极低温(接近绝对零度,约零下459华氏度)。的物理状态下进行,一般只能在专业实验室内实现;二是离子阱或超导的量子计算机体积过大,成本过高,对于运输携带等租赁设备来说,依然存在优化空间。

    2018年,谷歌公司宣布制造出行业领先的72量子比特超导量子计算机,实现“量子优越性”,超过IBM超导量子计算机在2017年10月实现的56个量子比特记录。从量子比特数上来说,谷歌72超导量子是现今为止全球计算最快的量子计算机。

    不过,从技术来说,超导量子计算机仍未达到商业化要求,无法引入到商业销售环境中。截止2020年8月,根据美国政府公布的私营企业量子计算合作计划,其中就包括摩根大通、德国货运巨头DHL、制药巨头默沙东公司、大众汽车(谷歌合作伙伴)、埃克森美孚(Exxon Mobil,IBM合作伙伴)和戴姆勒(Daimler,谷歌、IBM共同合作伙伴),但这些合作也仅限于宣传状态,短期内无法落地实施。

    国内量子科技起步较晚,但增长迅猛。

    天眼查最新数据显示,以工商登记为准,目前中国有超过4200家量子领域相关企业,85%的相关企业注册新增于5年之内。其中2018年全年,中国新增超1300家量子领域相关企业,同比增长109%。截止12月,中国2020年新增近700家量子领域相关企业。

    目前,量子领域相关企业注册总量是5年前的6倍。

    (图片来源:天眼查)

    (图片来源:天眼查)

    虽然现阶段中国的超导量子计算机均没有超过IBM、谷歌的“量子优越性”记录。但相对而言,中国民营企业依然拥有比较领先的超导量子计算机——今年9月本源量子发布的自研6量子比特超导量子计算机“悟源”。

    本源量子是一家创立于2017年的量子计算初创企业,团队起源于中科院量子信息重点实验室,由两位量子计算行业领军人物、中国科学院院士——郭光灿、郭国平所领导。该公司主要以“人才”方面为对外传播方向,研发人员占比超75%,核心研发团队成员均为中科院计算机、物理领域博士。

    短短三年时间,本源量子发布了包括量子芯片玄微XW S2-200、世界上首个量子计算机应用软件ChemiQ等相关技术产品。不过,本源量子更多专注量子计算全领域开发,产品较为分散,大量资金用于人才和技术产品方面,在商业层面属于刚刚起步。

    相对而言,晚于本源量子一年的量旋科技,则主要以“量子计算的商业化”为核心目标导向,生产并销售桌面型核磁共振量子计算机“双子座”、可以链接多个量子计算体系的云服务平台“金牛座”两大产品,客户已超20家,短期内在教学领域实现量子计算的普及化和部分商业化,已经形成了一套短期商业化路线。

    量旋科技能够在量子计算实现商业化主要有两个原因:一是邹均庭的职场背景。在创立量旋科技之前,他曾在美国科学仪器制造商布鲁克(Bruker)公司任职,该公司曾研发出中国安装的第一台核磁共振仪(NMR),从而启发他在核磁共振技术中找到量子计算机的产品方向;二是由于项金根、邹均庭都曾在企业中担任重要职位,相比学院派企业创始人,深知量子计算领域商业化的重要性。

    邹均庭表示,“国内量子领域公司团队大都来自于院校,没有任何工作经验,就变成公司管理层了。但从科研到创业,我和项总深知如何将前沿科研技术落实到成熟的商业道路。”

    邹均庭强调,实现量子计算的商业化是量旋科技这家公司的核心竞争力。明年量旋科技将加大销售力度,发布“双子座”的迭代新品,性价比更高,更加适合高中教学场景。

    “双子座迭代方面有两个规划。一种是2个量子比特性能不变,体积和售价都降低,以达到更多用户的使用门槛;二是要维持尺寸不变,将比特数扩充至3-5个,实现性能提升。”

    两大技术方向,寻求在超导量子计算的技术突破

    目前,量旋科技的技术发展路线有两大主要方向:核磁共振技术方向的和超导技术方向。

    其中,核磁共振技术是通过原子核与磁场发生相互作用来探测或检验物质,已在医学影像、石油勘测等领域有广泛应用,是成熟的电磁波脉冲控制技术,计算错误率较低。运用核磁共振技术的量子计算机可在常温条件下运行,且可实现小型化,是日常环境里少数能实现的量子计算方案之一。

    “双子座”这类产品量子比特数量较少,大多数为2-4个,最高不超过6个,性能远不及其他路线的量子计算机。因此,“双子座”主要用于急需算力提升的编程环境中,为各大高校的量子力学、量子信息等课程提供教学效果。

    邹均庭透露,该设备组装生产周期在一个月左右。客单价在人民币36万-39万元左右,远低于使用其他技术的产品,高校客户可以负担得起。公司已与清华大学、北京理工大学等高校达成协议,客户已超20家。甚至产品销往中国台湾、加拿大等地,公司境外销售占比达四成。

    量旋科技“双子座”产品

    量旋科技自研的“双子座”核磁共振量子计算机

    “金牛座”则提供的是一个量子云计算平台,为客户提供基础算力,配合着量子计算软件,去帮助客户解决问题。其中公司自研的测控系统正作为产品单独对外销售。

    邹均庭是这样评价这两条技术路线的:“双子座定位在教学和演示,就像“小霸王”一样,科研层面的利用率较低;金牛座则类似UI界面,结合其接入的真实量子计算机用来为那些对量子计算感兴趣的人士提供算法验证服务,可以在人工智能、分子模拟等领域利用其验证算法是否可行。”

    不过,“双子座”量子计算机所使用的核磁共振技术,虽然拥有性价比高优势,但可扩展性不强,技术上限较低,难以运用到实际工业场景。因此,量旋科技则更多在推进超导量子计算机研发,这是该公司另一发展方向,公司融资的资金主要用于这一板块。

    量旋科技正在研发的公司首台超导量子计算机,预计将在2021年底对外发布,比特数将达到50个。公司预计,该产品能在未来2-3年内供科研用户使用,5年内能在具体场景落地使用。

    相比本源量子的“悟源”,邹均庭对钛媒体App称,“我们的更加自主可控。”

    邹均庭认为,与离子阱技术路线相比,超导量子技术更加稳定,并能够大批量生产,是大有希望的技术路线,同样也是该公司未来想要发展的一个重要技术目标。

    “我认为超导量子优势有三,一是量子比特很好扩展;二是可以复用目前人类已掌握好的比较成熟技术,如微纳加工技术、射频技术等;三是超导量子芯片这个方向,占据了整个量子计算行业80%的人力、物力和财力,这就是我们看好这条路线的重要原因。”

    钛媒体App了解到,量旋科技明年或将发布的这款首台超导量子计算机,内置从国内科研院所采购的芯片。但同时,该公司也正在自研超导芯片,集中于IC设计部分,并由下游代工企业生产,自研芯片的主要目的是提升量子比特数和量子比特保真度,其或将在下一代产品中进行使用。

    邹均庭强调,50个量子比特的超导量子计算机是公司两年内的目标,5年内的终极目标是做到400比特的超导量子计算机,超越国内同行,并实现商业化。

    不过,邹均庭也坦承称这一目标依然有诸多因素要克服。在采访中,他提到了超过90次“可能”这个词。而“可能”似乎也是他对于这一目标的隐忧。

    “在目前技术上,实现400量子比特仍有一定难度。与IBM这样的巨头相比,我们需要比现在更多的现金支持,需要更多研发人才,需要突破更多技术瓶颈,需要更多的产业环境。”邹均庭坦然表示,“但未来就是如此,公司发展迅速,前沿技术一天一个变化,谁也不能预测未来究竟会变成什么样。”

    (本文首发钛媒体App,作者 | 林志佳,编辑 | 赵宇航)

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