2022北京“最美科技工作者”|于海峰:打出量子计算“第一招”-aoa体育官网,AOA体育平台APP在线

aoa体育官网,AOA体育平台APP在线In the selection activities organized by the Propaganda Department of the Beijing Municipal Party Committee, the Beijing Association for Science and Technology and other departments, 10 comrades including Tsinghua University professor and academician of the Chinese Academy of Engineering Jiang Yi were elected as the "most beautiful 2022年北京“科技工作者”,并入选2022年全国“最美科技工作者”。“科技工作者”候选人推荐给中国科协。让我们一起了解最美科技工作者的感人事迹,在他们身上体会“爱国、创新、求实、敬业、协作、教育”的科学家精神。

aoa体育官网,AOA体育平台APP在线在新一轮科技革命和产业变革的前沿领域,量子技术无疑是最热门的方向之一。在2021年中关村论坛上,“长寿命超导量子比特芯片突破500微秒大关”作为重大成果在北京全球发布,展示了北京高质量建设国际科技创新中心的阶段性成果。

aoa体育官网,AOA体育平台APP在线北京量子信息科学研究所研究员于海峰长期深耕量子信息领域。 As the main person in charge of the scientific research team, he was elected as the 2022 Beijing "Beijing" in the selection activities organized by the Propaganda Department of the Beijing Municipal Party Committee and the Municipal Association for Science and Technology.最美科技工作者”。

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建立“军令状”

来北京之前,于海峰在南京大学从事科研和教学工作。 2017年底,北京量子信息科学研究院院长、中国科学院院士、清华大学教授薛其坤(现任南方科技大学校长)为于海峰赠送了一颗“橄榄”科”,并邀请他北上从事超导量子计算研究。一方面是在正轨上的稳定生活,另一方面是未知的新挑战,于海峰深思熟虑后选择了后者,“从某种意义上说,超导量子计算已经进入了科学工程阶段,这不同于与传统的科研模式不同,需要一个庞大的团队集中精力攻关,而新的研发机构将科研与工程相结合,是一个很好的平台。”在征得家人的理解和同意后,于海峰举家迁往北京。

来到北京量子信息科学研究所新的研发机构,第一个任务就是招兵买马。作为超导量子计算团队的带头人,于海峰迅速组建了30余人的科研团队。这是一支年轻而充满活力的团队。成员的平均年龄在30多岁。其中95%以上具有博士学位,30%以上具有海外留学背景,来自物理、电子、计算机等不同专业。

制造量子计算机涉及芯片、测控、电子等多个模块。芯片是“脖子”环节之一。为了实现量子计算机的自主创新,于海峰和他的团队首先建立了整个量子芯片生产线,其中大部分是国产化的自组装设备,逐步摆脱了对进口设备的依赖。

▲ 于海峰在实验室(于海峰供图)

量子计算有三个重要的指标:相干时间、保真度和位数。围绕这三个指标,团队将科研进展分解为1年、2年、5年三个阶段,不断细化具体任务。

量子芯片加工:从追逐到领先

量子比特的寿命(相干时间)是量子计算的重要指标。它决定了量子门保真度、电路深度等一系列重要的量子计算机性能参数,是高质量量子芯片的先决条件。

2020年,美国普林斯顿大学的一个研究小组在预印本图书馆上传了一篇科研论文。他们用钽(一种超导金属材料)薄膜工艺将量子比特的寿命提高到了国际最高值360微秒,引起了全世界的关注。全世界的关注。相比之下,当时我国的量子芯片一直徘徊在几十微秒,没有突破100微秒大关。

“外国人能做什么,我们一定能解决!”起步晚并不意味着我们赶不上。于海峰团队一成立,他就决定把连贯时间作为团队的第一个重点目标。

同时,于海峰仔细研究了普林斯顿大学的论文,发现他们的工艺还有很大的改进空间,比如薄膜生长和蚀刻条件。原工艺中的湿法刻蚀方法不适用于后续大规模超导量子芯片的制备,若要普及钽膜,必须解决干法刻蚀工艺。

▲北京量子信息科学研究所超导量子计算实验室,科研人员正在进行科学研究(图片来源/视觉中国)

针对超导量子比特的工艺流程,团队联系国内厂商快速组装相关镀膜设备,开始有针对性的研究。刚开始研究并不顺利,很难得到稳定的α相钽薄膜和比较规整的刻蚀界面,相干时间也无法提高。那段时间,于海峰和他的团队成员几乎住在单位里,反复琢磨着数据规则。 “攻关的过程是相当艰难的,在无数次的失败之后,我们甚至用了地毯式的调查方法,终于在一个不起眼的细节中找到了一些线索,让我们掌握了高质量薄膜的生长和蚀刻条件. 规则。”于海峰说道。

2021年五一假期,实验室成功观测到寿命超过500微秒的超导量子比特。第一个看到结果的人是研究员金义荣。他立即通知正在食堂吃饭的于海峰,“我跟于老师说,于老师没吃东西,他就跳起来回实验室了。”

500微秒是当时国际文献报道的最高值,标志着我国量子芯片质量逐步提升。两周后,余海峰团队的文章在预印本库上发表,引起了国际同行的关注,纷纷来电来信询问详情。这说明我国在超导量子芯片的质量上已经走在了世界前列。

玩“第一招”

“如果把好的科研成果比作一台机器,那么每一个科研工作者都是其中的组成部分。”于海峰认为,自己只是首都千万科技工作者中的一个普通成员,获得2022北京“北京2022最美科技工作者”不仅是他个人的荣誉,更是团队和单位的荣誉。

助理研究员韩家修博士毕业后加入于海峰团队。 2020年,她坦言,科研人员的真实工作状态并不像外界想象的那么有趣,“在我们的日常工作中,成功的概率其实远低于失败的概率,大部分时间我们都保持着一种“压力很大,日复一日。每天重复规定的工作,往往看不到任何好的结果。但只要我们坚持下去,认真对待,结果总有一天会找到我们的。”

韩家修还戏称于海峰是“工作狂”。你是怎么得到这个称号的?原来,于海峰刚来量子研究所的时候,总是半夜1点以后才回家,并且长期保持着这个习惯。没有加班分配,这完全是他感兴趣的自发行为。 “我很幸运,因为我的爱好和职业重叠。”于海峰说道。

累和快乐是所有团队成员的真实写照,努力终会有回报。保真度方面,实现了全球最高保真度99.992%的单量子比特门控和保真度99.54%的二比特门控;在多位元集成方面,采用倒装焊接工艺,开发出大规模公司的真空电容量子比特,解决了大规模量子比特集成的相干时间短、尺寸拥挤的障碍;在多比特方面,他们正在冲击多比特实验,争取早日进入“多比特国际俱乐部”;在应用领域,2021年5月,超导量子计算团队推出北京首个量子计算云平台。该平台上线一个月内,已为企业和科研单位完成了1000多项量子计算任务。云平台开展图像分类识别的机器学习研究,培养企业用户。

虽然在量子计算科学研究领域取得了一系列突破,但于海峰坦言,量子技术仍处于研发初期,距离实际应用和产业化还有很长的路要走。那么作为一个团队进行研究有什么意义呢?

2019年,科技巨头谷歌宣布其研发的量子计算机在3分20秒内成功完成了传统计算机需要1万年才能处理的问题,并在全球首次宣称实现“量子霸权”; 2021年,中科大团队的“九章”和“祖冲之二号”也完成了这一里程碑式的工作。事实证明,利用量子力学的规则,确实可以解决当前经典计算机无法处理的复杂问题。

▲全球第一台超越早期经典计算机的光量子计算机在我国诞生(图片来源/视觉中国)

“量子计算机是‘第二次量子革命’的代表产品,其计算能力随着比特数的增加呈指数级增长,可用于天气预报、金融分析、药物设计、揭示等多种应用。新能源新材料机制,“打好“先手”,才能更好地赢得主动,抢占先机。路漫漫其修远兮,于海峰和他的团队正朝着量子比特的长寿命目标不断努力。

撰文/记者李辉图文编辑/陈永杰

新媒体编辑/方永珍

出品:科普中央厨房

出品方:北京科技报 |北客传媒

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