与量子共舞——记浙大超导量子计算团队青年科学家
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浙江大学西溪校区西面，有一幢70多年历史的老教学楼，路过这里，总会听见一种周期性的金属摩擦声从红砖墙里传出来。这声音清脆、急促，听起来十分特别。走进楼内，穿过狭长的过道、拔地而起的钢架、错综复杂的管线、密集叠放的电路板……就找到了声音的来源——几台日夜工作的稀释制冷机，这是维持超导量子芯片运行所需的制冷设备，也有人把它的轰鸣称作“量子计算机的声音”。2010年，浙大建立超导量子计算实验室。十多年来，这里传出的“量子计算机的声音”愈发响亮。浙大超导量子计算团队屡次刷新量子计算关键指标的世界纪录，取得一系列独具优势的成果，支撑中国在这一国际竞争异常激烈的前沿领域跻身第一梯队。翻阅这支团队发表在国际顶级期刊的论文，宋超、郭秋江、王震、李贺康等几位青年科学家的名字经常挨着出现。这群90后青年构成浙大超导量子计算团队的骨干力量，在抢占科技创新制高点的征程上，他们的青春身姿分外醒目。一、追逐一块超导量子芯片，大小和指甲盖相当。显微镜下，芯片上的量子比特看起来只是几颗普普通通的斑点，却拥有同时处于0和1两种状态的“超能力”。“作个简单比较，一块芯片只要300个这样的斑点，就能表示比宇宙中所有原子数量还多的状态。”宋超说。2017年、2019年，在量子计算专家王浩华教授带领下，浙大超导量子计算团队与国内兄弟团队合作，两度刷新固态量子器件中生成纠缠态量子比特数目的世界纪录，吸引了全球同行的目光。这表明浙大团队无论在量子比特的操控精度上还是在芯片平台的噪声隔离度等指标上，都达到了非常高的水准。登顶高原，只是起点。科技发展就像跑步，大家都在跑，不努力就要落后，这群年轻人在做的就是不断与国际竞争者赛跑。2020年春节假期，夜深了，浙大微纳加工中心内静悄悄的。其他实验间都空空荡荡，只有李贺康和王震两人仍留在光刻间里，埋头制备超导量子芯片样品。量子芯片的工艺流程多达上百步。显影工艺中，完美的化学反应时间只有几十秒，错过了窗口期，多1秒、少1秒，样品都可能出现缺陷。李贺康掐着表，注意力高度集中。倒计时快结束时，王震感觉心脏都快要从严严实实的洁净服里跳出来了。就在2019年底，谷歌宣布实现“量子优越性”，震动科学界。“采用倒扣焊立体封装工艺制备芯片，我们筹备已久。谷歌的成功，催动我们加快技术研发的脚步。”王震说。这群与量子共舞的年轻人还想跑得更快些！那是异常焦灼的一段时期。王震每天在光刻间工作十几个小时，随后，李贺康会过来接替他，继续这场无休无止的战斗。李贺康是一个“完全钻在芯片里”的人，在微纳加工中心走上一圈，他能滔滔不绝地讲出每台设备的参数、操作方法和优缺点。芯片样品制成后，宋超和郭秋江共同负责在测控设备上测试它的性能。他们再一次成功了。2021年底，“莫干1号”“天目1号”两款超导量子芯片面世，其中面向通用量子计算的“天目1号”就是两层芯片倒扣在一起立体封装而成的。“现在全球掌握多比特量子芯片立体工艺的实验室大约只有十家，我们的芯片与国际同行相比毫不逊色。”李贺康话语中难掩骄傲。“人工智能、新药研发、金融等很多领域目前存在的发展瓶颈，都是算力受限造成的。”郭秋江说，“量子计算或将代表下一代的最强算力，我相信它会产生很多颠覆当前认知的事物。”最近，他们又发表了一篇论文，公开一款全新的超导量子芯片，它的平均相干时间达到100微秒，是国际上同类型量子芯片的3倍以上。创新的赛跑一刻不停。用“天目”和“莫干”命名超导量子芯片，正寄托着这群年轻人竞逐量子科技最前沿的理想——天目山象征仰望未来世界的星辰大海，前行不辍；莫邪、干将的传说，激励他们继续勇闯“无人区”。二、选择在哪里，才能做出世界一流的成果？这是浙大超导量子计算团队青年科学家面临一次次选择时，唯一考虑的问题。如果去企业的研发部门，以他们的能力，可以获得很高的薪水。如果选择到国外深造后再回国，他们的待遇或许比现在更加优厚。“在充满多元选择和名利诱惑的时代环境里，这几位年轻人不约而同地选择留在浙大，甘坐基础研究的‘冷板凳’，为实现高水平科技自立自强作贡献。”浙大物理学院党委书记颜鹂感慨地说，他们是当代青年心怀“国之大者”、担当时代重任的生动写照。出国深造，原本在宋超的计划之中。然而，在探索量子世界的过程中，他找到了新的方向。
2014年，宋超还是本科生时就加入了王浩华的课题组。当时，学界出现了一种全新构型的量子比特，实验室里没人有测控这种量子比特的经验，王浩华放手让宋超去做这项前沿工作。略显瘦削的宋超戴着一副方框眼镜，看上去书卷气十足。他待在老教学楼一个狭小的房间里，在读文献、写代码、做实验的循环中度过了三个月，每天工作到深夜。测不到任何量子比特的信号，他和自己较上了劲。每天晚上11时，王浩华会打来电话，与他讨论一天的进展。最终，当量子比特振荡的波形缓缓出现在屏幕上的时候，宋超激动地跳了起来，然后呆呆地在原地坐了很久——曲线还在有规律地跳动，那是来自另一个世界的“心电图”。宋超突然意识到，物理学书本里写的事情，现在真的在眼前发生了，他从此多了一个感知微观世界的触角。那种奇妙的感觉，让他刻骨铭心。宋超自此承担了更多实验工作。他逐渐确信了两件事：第一，他想继续用全部精力去探索量子世界的奥秘；第二，留在浙大，他拥有充分的可能性去实现这个理想，攀登量子计算的高峰。这或许不是一条轻松的路，但这群年轻人毫不犹豫地选择追随初心，矢志创新。王震在攻读博士时就观察到，身边同学们的发展路径都遵循着一个“标配”：先读博士，其间可能会走一年联合培养，再留在国外读两年博士后，最后回国谋一份教职。本来，他也想在这样的发展方向上走下去。但最终他还是追随了内心深处的理想——用自己的研究真正带来颠覆，改变人类社会。“量子计算机真的可以解决许多我们从未设想过的问题，我觉得这简直是太棒了。”在浙大，他正在一点点创造这样的未来。他很享受这种状态。郭秋江有一套自己的哲学，如果身处一个按部就班、循规蹈矩的环境中，他会感到极度不安。“如果在学术上不去创新，不紧跟领域最前沿，可能过几年，竞争力就慢慢丧失了，这不是我想要的。”平常聊天颇为腼腆的郭秋江，说出这番话时不假思索。李贺康是被王浩华招募来浙大的。2017年，他还在中科院物理所攻读博士，拿到了王浩华团队寄来的20比特量子芯片的图纸。“当时工艺还没有完全走通，我把自己做出来的样品寄给王老师看，他非常热情地指导我，我们几乎每天都会通三四个电话。”
2014年，宋超还是本科生时就加入了王浩华的课题组。当时，学界出现了一种全新构型的量子比特，实验室里没人有测控这种量子比特的经验，王浩华放手让宋超去做这项前沿工作。略显瘦削的宋超戴着一副方框眼镜，看上去书卷气十足。他待在老教学楼一个狭小的房间里，在读文献、写代码、做实验的循环中度过了三个月，每天工作到深夜。测不到任何量子比特的信号，他和自己较上了劲。每天晚上11时，王浩华会打来电话，与他讨论一天的进展。最终，当量子比特振荡的波形缓缓出现在屏幕上的时候，宋超激动地跳了起来，然后呆呆地在原地坐了很久——曲线还在有规律地跳动，那是来自另一个世界的“心电图”。宋超突然意识到，物理学书本里写的事情，现在真的在眼前发生了，他从此多了一个感知微观世界的触角。那种奇妙的感觉，让他刻骨铭心。宋超自此承担了更多实验工作。他逐渐确信了两件事：第一，他想继续用全部精力去探索量子世界的奥秘；第二，留在浙大，他拥有充分的可能性去实现这个理想，攀登量子计算的高峰。这或许不是一条轻松的路，但这群年轻人毫不犹豫地选择追随初心，矢志创新。王震在攻读博士时就观察到，身边同学们的发展路径都遵循着一个“标配”：先读博士，其间可能会走一年联合培养，再留在国外读两年博士后，最后回国谋一份教职。本来，他也想在这样的发展方向上走下去。但最终他还是追随了内心深处的理想——用自己的研究真正带来颠覆，改变人类社会。“量子计算机真的可以解决许多我们从未设想过的问题，我觉得这简直是太棒了。”在浙大，他正在一点点创造这样的未来。他很享受这种状态。郭秋江有一套自己的哲学，如果身处一个按部就班、循规蹈矩的环境中，他会感到极度不安。“如果在学术上不去创新，不紧跟领域最前沿，可能过几年，竞争力就慢慢丧失了，这不是我想要的。”平常聊天颇为腼腆的郭秋江，说出这番话时不假思索。李贺康是被王浩华招募来浙大的。2017年，他还在中科院物理所攻读博士，拿到了王浩华团队寄来的20比特量子芯片的图纸。“当时工艺还没有完全走通，我把自己做出来的样品寄给王老师看，他非常热情地指导我，我们几乎每天都会通三四个电话。”
