郭光灿：四十余载逃随量子之光

　　原题目：中国科学院院士、中国科学手艺大学传授郭光灿——四十余载逃随量子之光（科学家）郭光灿，1942年生，福建泉州人，中国科学院院士，中国科学手艺大学传授，中国量子光学和量子消息科学的开辟者之一。他持久处置量子光学取量子消息的讲授和科研工做，率先将量子光学理论系统引入国内，鞭策我国量子消息科学成长。曾获国度天然科学二等、何梁何利基金科学取手艺前进等荣誉。早上7点半，中国科学手艺大学校园内，中国科学院院士郭光灿（见图左二，本报记者徐靖摄）渐渐地中国科学院量子消息沉点尝试室。这栋不起眼的小楼里，汇聚了量子暗码取量子器件、量子纠缠收集等多个范畴的研究小组，量子避错编码道理、量子概率克隆道理等一系列均降生于此。从上世纪80年代将量子光学理论系统引入国内，到90年代率先正在国内开展量子消息科学研究，再到后来努力于打制我国自从可用的量子计较机，郭光灿正在量子范畴曾经深耕了40余年。量子光学是研究光场量子特征及其取物质彼此感化的前沿学科，它了光不只具有波动性，更由离散的光子形成。研究摸索光的量子态（如相关态、压缩态）、量子纠缠等非典范现象，能够鞭策量子通信、量子计较和超细密丈量等手艺的冲破性成长。上世纪80年代初，量子光学研究正在国际上曾经成长了20多年，但正在中国仍是空白。1981年，39岁的郭光灿做为后首批公派学者赴进修，其间接触到量子光学的前沿研究，他暗下决心：“必然要把我们的量子光学研究做起来。”郭光灿出生于福建的一个渔平易近家庭，虽然家道贫寒，但母亲送3个孩子读书。郭光灿1960年考入中国科学手艺大学无线电系。“由于其时想学半导体，就报考了中国科大的无线电系。后来才晓得，半导体专业设正在物理系，不正在无线电系。”郭光灿说，“但也正由于这个机遇，我赶上了中国科大无线电系设立气体激光新专业。我对这个标的目的很感乐趣，从此取光学结缘。”留学归国后，1984年，正在中国科大的支撑下，郭光灿正在安徽滁州琅琊山掌管举办了全国第一个量子光学学术会议。郭光灿说：“虽然大师对良多概念还搞不懂，但构成了一个共识，这个会该当开下去。”此后的40年里，量子光学学术会议每两年举办一次，从未间断。“1984年第一届时，到2024年第二十一届时，参会人数跨越800人，量子光学范畴遭到更多人的关心。”郭光灿说。跟着关心度不竭提高，若何可以或许更好地培育量子光学研究人才，成为郭光灿思虑的主要课题。郭光灿正在国内开设了第一门量子光学课程，课程课本也于1991年结集出书。良多研究人员恰是通过他的课程和课本领会了量子光学范畴，逐步成长为量子研究的中坚力量。正在量子光学研究进度掉队国际先辈程度20年的环境下，郭光灿一曲考虑寻找更有冲破可能的研究标的目的。20世纪90年代初，他正在阅读文献时看到一个名词叫“量子消息”，这是国际学术界提出不久的研究标的目的，但他灵敏地认识到这是个很是有价值的研究范畴。量子消息是一门基于量子力学道理，如叠加取纠缠等，来处置和传输消息的新兴交叉学科。其焦点是以量子比特做为消息单位，旨正在冲破典范消息手艺的极限，次要涵盖量子计较、量子通信和量子细密丈量三大标的目的。量子消息的根本理论恰好就是郭光灿此前研究的量子光学根本理论，其立异之处正在于将量子理论系统性地引入消息范畴，从而为计较机、暗码学等典范概念付与全新的量子注释。将消息量子化后，显示出来的机能就会比典范消息要好良多，有庞大的潜正在使用前景，并将付与量子光学以簇新的生命力。郭光灿向一些科研机构提出，开展量子消息相关研究，却没有遭到注沉。以至有人提出，“保守的典范消息尚未研究清晰，还搞什么量子消息？”“是不是？”面临各种和波折，郭光灿并不泄气。他认识到，要改变这个场合排场，必需从普及量子消息的概念入手，为此，他持续正在业内出名学术期刊上颁发文章，惹起了国内一些学者的乐趣。1998年，正在由科学手艺部（原国度科委）倡议的喷鼻山科学会议上，郭光灿提出的“量子通信取量子计较”成为从题之一。会议、“两弹一星功勋章”获得者王大珩正在会上说：“量子科学太主要了，必必要有中国人的声音。”1999年，正在中国科学院的支撑下，郭光灿正在中国科大成立了量子通信取量子计较尝试室，此后升级为中国科学院量子消息沉点尝试室，成为我国量子消息范畴第一个省部级沉点尝试室。2001年，郭光灿申请到量子消息范畴的第一个“973项目”。随后，他组建了一支由50多名研究人员构成的团队，这些来自国内10多个研究所和大学，笼盖量子暗码、量子计较、量子通信、量子收集等诸多范畴。5年间，他们不只构成了一批研究，更培育了一支具有开辟立异能力的科研步队。“这是我国量子消息实现由‘从0到1’到‘从1到100’成长的一个转机点。我们今天的成就，取国度20多年前的支撑密不成分。”郭光灿说。2011年，郭光灿团队承担了科技部“固态量子芯片”项目，担任研发我国本人的量子芯片。虽然其时大师但愿由郭光灿担任首席科学家，但他由其时还不满35岁的中国科大传授郭国平担任。量子芯片相当于将来量子计较机的“大脑”，其主要性不问可知。“量子计较机研究不是一代人能完成的工作，要让年轻人尽早上手，能够干得更快、做得更好。”郭光灿说。郭国平没有等候，他率领团队于2013年成功正在“一个电子”上实现10皮秒级量子逻辑门运算，正在鞭策量子计较使用上迈出主要一步。2017年，郭光灿和郭国平率领中国科学院量子消息沉点尝试室团队，结合创立了中国第一家量子计较公司——本源量子计较科技（合肥）股份无限公司。方针是研发出一台可供用户交互利用的工程化量子计较机，使得我国具有自从可控的量子计较能力。依托本源量子，郭光灿和郭国平加大尝试室量子计较范畴研究力度，已连续推出三代自从超导量子计较机。目前，我国第三代自从超导量子计较机“本源悟空”先后被139个国度和地域用户拜候超2500万次，成功完成38万余个全球量子计较使命，涵盖流体动力学、金融、生物医药等多个行业范畴。现在年逾八旬的郭光灿仍奔波于育人一线。他不只为中学生做科普，还多次参取“司南杯”量子计较编程挑和赛的勾当。该赛事三届累计吸引超5000名高校学子参取，为我国量子计较事业储蓄了重生力量。“我这一辈子就想勤奋做好一件事，再培育一批人才，承担我应尽的义务。但愿年轻人可以或许接过接力棒，配合鞭策量子计较手艺财产化。”郭光灿说。量子计较机的研发是一项复杂使命，以超导量子计较机为例，其次要包含量子芯片、量子计较测控系统、极低温支持系统和量子计较机操做系统、使用软件等方面。量子芯片做为量子计较机的心净，担任施行环节的运算加快过程，而这一过程需要将问题为量子算法，并通过特殊的调制脉冲信号输入量子芯片，最终采集并阐发量子芯片输出的信号以获得问题的解答。量子芯片的高效运转需要一个完美的硬件系统来支撑，包罗量子芯片封拆手艺、量子芯片测试平台，相关元器件等。此中，量子芯片测试平台由极低温稀释制冷机及配套设备形成，为量子芯片供给极低温、红外辐射噪声屏障、噪声屏障和极低的机械振动等高度隔离的运转前提，同时还需要高效率的导热组件及时带走量子芯片运转时发生的热量。量子计较测控系统担任量子芯片所需的一切信号的生成、采集、节制取处置，如统一位“翻译官”，将人类的复杂问题为量子芯片可以或许理解的“言语”，并指导量子芯片进行高效计较。同时，量子计较机还需要一套完整的软件系统来支撑其运转，包罗量子计较机操做系统、量子言语编译器、量子使用软件以及量子计较机集成开辟等。这些软件系统不只为用户供给量子法式的编程和操做界面，还需要对接硬件，将法式转换为硬件所需的指令信号，确保量子计较机可以或许高效、精确地施行各类计较使命。