在科大硅谷企業(yè)合肥幺正量子科技有限公司的實(shí)驗(yàn)室里，30歲的陶思景正盯著屏幕上跳動(dòng)的數(shù)據(jù)流，面前那臺(tái)巨型“量子機(jī)箱”泛著金屬冷光。這位離子阱量子計(jì)算系統(tǒng)工程師，手里擺弄的不是普通零件——那是能“鎖住”原子級(jí)粒子的精密裝置，而被鎖住的每一顆離子，都是他口中能創(chuàng)造算力奇跡的“超級(jí)牛馬”。

　　“就像給微觀世界設(shè)個(gè)‘陷阱’，用電磁力把離子困在固定位置，再用激光發(fā)號(hào)施令。”陶思景笑著打比方，這些被束縛的離子以量子態(tài)作為計(jì)算單元，在特定領(lǐng)域，能爆發(fā)出經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以企及的指數(shù)級(jí)速度。這不是科幻場(chǎng)景，而是他每天打交道的日常。

　　陶思景在工作中

　　“量子計(jì)算可以由多種路徑實(shí)現(xiàn)，離子阱是其中一個(gè)路徑，也是我們非常看好的路徑。”陶思景指著正在設(shè)計(jì)的“離子阱”介紹，這臺(tái)設(shè)備上的一個(gè)個(gè)方形凸起就是一個(gè)個(gè)觀測(cè)設(shè)備。

　　“通過電磁力，把離子束縛在一個(gè)相對(duì)固定的位置，這就是‘離子阱’，可以把它們理解成一個(gè)個(gè)‘超級(jí)牛馬’，通過被束縛離子的量子態(tài)來做量子比特，從而實(shí)現(xiàn)量子運(yùn)算，它在破譯密碼、解線性方程組和量子化學(xué)模擬等方面的運(yùn)算能力較經(jīng)典計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)的加速。”

　　目前他所在團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的離子阱芯片是芯片型離子阱量子計(jì)算機(jī)的核心器件，采用微納加工工藝，通過芯片上的數(shù)十個(gè)電極即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜可調(diào)的電場(chǎng)，滿足對(duì)于離子空間位置的復(fù)雜調(diào)控。幺正量子的離子阱芯片加工工藝已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，為芯片型離子阱量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行高保真相干操控打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　通過對(duì)離子空間位置的復(fù)雜調(diào)控實(shí)現(xiàn)大規(guī)模離子阱量子計(jì)算的路線，是當(dāng)前世界上最具有潛力實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的路線，即QCCD（量子電荷耦合裝置）路線。幺正量子的芯片型離子阱量子計(jì)算機(jī)采用的正是這條路線。

　　幺正量子實(shí)驗(yàn)室區(qū)域

　　這臺(tái)機(jī)器，就像是一個(gè)流水線，離子是置于其上的零件，操控的激光就像是流水線上的加工機(jī)器。離子們按照流水線加工流程，即量子線路，被傳送到既定的位置，并進(jìn)行相應(yīng)的加工操作，即激光操控。這樣一個(gè)化繁為簡(jiǎn)的、具有現(xiàn)代性的操控方式，便是QCCD路線可以成為最具有潛力實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的路線的主要原因之一。

　　據(jù)介紹，目前陶思景所在團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)完成了低溫芯片型離子阱量子計(jì)算原型機(jī)，以離子阱芯片為核心，整合精密光學(xué)、先進(jìn)電子學(xué)、量子測(cè)控、精密溫控、低溫恒溫五大子系統(tǒng)。

　　該系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)首個(gè)低溫芯片型離子阱系統(tǒng)，之后可為高校、科研機(jī)構(gòu)等單位提供量子真機(jī)使用，也可與超級(jí)計(jì)算機(jī)融合，應(yīng)用于生物醫(yī)藥、新材料、電力能源、金融安全、低空經(jīng)濟(jì)以及裝備仿真等領(lǐng)域。

　　根瘤菌可以吸收空氣中的氮?dú)猓D(zhuǎn)化為氮肥給植物吸收。“這種有趣的固氮反應(yīng)，是怎么做到的？人類其實(shí)還搞不清楚，那么就可以使用量子計(jì)算器來很快地了解這種催化機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)人工固氮。”陶思景笑道，根瘤菌固氮的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制，經(jīng)典計(jì)算機(jī)算起來耗時(shí)耗力，而量子計(jì)算機(jī)能直接模擬量子過程，“就像讓懂行的人干專業(yè)事，又快又準(zhǔn)”。

　　“從事這個(gè)職業(yè)，首先要堅(jiān)定實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的信心。”陶思景表示，這是一件從0到1的“造物工作”，是絕對(duì)前沿的“硬核”科技，其成就感無可比擬，它需要從業(yè)者在量子理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，具備強(qiáng)大的探索精神。

　　他所在的幺正量子科技于2022年7月在科大硅谷成立，是第一批科大賦權(quán)成立的企業(yè)中唯一從事量子計(jì)算的企業(yè)。他從企業(yè)籌備開始，就在從事相關(guān)理論工作，博士畢業(yè)后，就在該企業(yè)開展工程化方面的工作。

　　“量子計(jì)算機(jī)不是對(duì)過去的全盤否定，而是逐漸改變的過程。”陶思景告訴記者，就像AI的出現(xiàn)，它不是瞬間顛覆人類社會(huì)，而是以工具的形式，幫助人類做一些基礎(chǔ)工作，再初步拓展應(yīng)用，慢慢改變?nèi)藗兊纳睿J(rèn)為，未來量子計(jì)算也會(huì)是這樣。

　　“經(jīng)典計(jì)算機(jī)與量子計(jì)算機(jī)是相輔相成的，不論未來量子計(jì)算能跑的多塊，它都是一臺(tái)工具，具體要怎么服務(wù)人類社會(huì)，還需要當(dāng)量子計(jì)算機(jī)真正出現(xiàn)后，人們?nèi)ヌ剿鞲嘤腥さ膽?yīng)用。”

　　實(shí)驗(yàn)室的燈光下，量子機(jī)箱靜靜運(yùn)轉(zhuǎn)，里面的“超級(jí)牛馬”們正在飛速運(yùn)算。而像陶思景這樣的年輕人，正用代碼與激光，編寫著屬于量子時(shí)代的第一行注釋。

　離子阱量子計(jì)算系統(tǒng)工程師：

　　離子阱量子計(jì)算系統(tǒng)工程師是量子計(jì)算領(lǐng)域中的關(guān)鍵職位，主要負(fù)責(zé)離子阱量子計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和優(yōu)化工作。

　　??負(fù)責(zé)離子阱系統(tǒng)平臺(tái)的方案設(shè)計(jì)與調(diào)試工作，確保系統(tǒng)性能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)方案分解，協(xié)調(diào)研發(fā)團(tuán)隊(duì)完成平臺(tái)的開發(fā)與集成；

　　??：負(fù)責(zé)規(guī)劃離子阱平臺(tái)的技術(shù)路線，制定短期和長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃，評(píng)估新技術(shù)在離子阱量子計(jì)算系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力；

　　??：優(yōu)化離子阱量子計(jì)算平臺(tái)的附屬光學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)化光路設(shè)計(jì)的同時(shí)提升光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性和各項(xiàng)性能指標(biāo)；

　　??：設(shè)計(jì)和開發(fā)離子阱量子計(jì)算平臺(tái)的電子學(xué)控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)離子阱系統(tǒng)相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；

　　??：負(fù)責(zé)離子阱真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)，參與量子計(jì)算系統(tǒng)小型化相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與搭建。（記者　張毅璞）