启科量子：打造离子阱量子计算领域的“中国名片”
2023-05-16白玉洁
白玉洁
量子科技被認为是引爆第四次科技革命的关键，因此从政府到各企业，全都蓄势待发。
从“量子优越性”里程碑多次实现，到世界各国争相公布野心勃勃的发展规划，从诺贝尔物理学奖花落量子信息技术，再到全球科技巨头斥巨资摹画……量子物理学听起来玄而又玄，但全世界的科技工作者，正不约而同试图利用量子世界中的一些特点，希求获得打开科技宇宙深处的一把密钥。
作为在世界版图上越来越占据重要位置的我国科创企业，同样不遑多让。
2023年2月，国内首家离子阱量子计算公司——国开启科量子技术（北京）有限公司（以下简称“启科量子”）正式发布了我国首台模块化离子阱量子计算工程机，为我国原子型量子计算机从关键技术突破、实验室研发、原理样机研制到产品工程化迈出了关键一步。
犯其至难而图其至远者
1964年的11月，发明了著名的费曼图和一大堆量子理论的顶级科学家费曼，在康奈尔大学开展“物理定律的本性”系列演讲中，非常诚恳地讲出了下面一段话：“我想我可以有把握的说，没有人真正理解量子力学，因而，不必太认真地对待我这一讲座，觉得你真的通过我所描述的某种模型弄懂了什么，你只要自由自在地欣赏它就好了。”
如今时间已经过去了大半个世纪之久，师从国际量子物理基础检验和量子信息领域的先驱和重要开拓者、2022年诺贝尔物理学奖得主安东·塞林格，构建了一套比目前全球最快的超级计算机快一百万亿倍的光量子计算系统，被称为我国“量子之父”的潘建伟在其尚未达知名之年时表示，“如果能弄明白为什么会有量子纠缠，我立即死了都愿意。”
毋庸置疑，从1900年至今，量子世界依旧诡谲离奇、匪夷所思和难以捉摸。但这个世界向人类透露的丁点光亮，却带领人类科技向前走了一大步，这也成为众多科技工作者、科技企业成为明知其难仍孜孜不倦探索的最大动力。
启科量子是其中一员。
启科量子正式成立于2019年1月，是目前国内首家且唯一一家兼具量子计算与量子通信研发能力的企业。团队包括50多位科学家和工程师，核心人员曾于2003年领导开发出全球第一套商业化量子通信系统，于2012年实现全球首次在离子阱芯片上的离子囚禁。
2020年，综合离子阱技术本身优异的特性以及外部适宜的发展环境等多重因素，启科量子开始离子阱量子计算工程机的研发，并宣布2—3年内完成离子阱量子计算机研发。
彼时，UQ、IonQ、Quantinuum等“优等生”在离子阱领域已经研究了多年，取得的多项成果正将离子阱量子计算推向全球新的商业热点，各方佼佼者竞争蓄势待发，启科量子的入局在赛道中举起了中国旗。
在此之前，启科量子已经完成基于单光子的量子密钥分发系统研发，实现基于纠缠态的量子信息传输，落地了量子保密通信网络设备、量子保密通信网络运维产品、量子安全应用产品和脉冲激光器等核心组件。
2021年1月，基于新一代小型化的量子通信设备研发和量产，以及百比特离子阱量子计算机研发，启科量子获得了来自中关村发展前沿基金、中关村金种子基金等的5000万投资。
事虽难，做则必成
2023年2月13日，如约2年，启科量子在万众瞩目中正式发布国内首台离子阱量子计算工程机，并通过国内量子信息、原子物理、光电子学等领域知名专家的评审，认证其综合工程化水平已经进入国际先进行列。
启科量子解释，此次发布的工程机
这关键一步，也是离子阱量子计算技术从实验室到商业化的重要一步。
根据启科量子介绍，该离子阱量子计算工程机突破了超低温真空系统，提升了离子囚禁时间，能够进一步提高真空度，保障了离子囚禁的稳定性、可操作性。
采用的模块化设计，可将大量分立光学元器件灵活独立组装集成，其采用的光纤跳线连接方式，在单独模块替换时可不影响整体允许，将便于后期模块分别进一步小型化、工程化。
其通过对机箱采用的一体化设计，不仅极大提升了对外界电磁场的屏蔽能力，同时提升了量子计算机的强韧性，为提高保真度准备了条件。
可贵的是，不同于实验室测控系统采用的只有科研人员能够操作的分立测控设备，启科量子的离子阱量子计算工程机采用了集成一体化测控，所有仪器设备的操控均可通过同一测控系统来完成，为未来商业化，接入混合云算力奠定了非常重要的基础。
而离子阱领域的核心痛点芯片问题，其设计的离子阱芯片结构和制造工艺已经达到能够维持适合该特定离子种类的RF电压，并能极尽减少射频场与衬底的耦合。根据启科量子相关负责人介绍，其设计的离子阱芯片的所有材料均与超高真空环境兼容，并且在激光源、检测器和离子之间永有通畅无阻的光学通路，并且其较低的表面粗糙度成功减少了冗余的激光散射，避免了芯片在低温下的异常加热情况。
这些，均得益于启科量子核心团队二十余年离子阱领域的深耕和钻研。而离子阱量子计算工程机诞生后产生的潜力可以用不可估量来形容。
量子技术
全球产业链布局的关键密钥
2023年，AI浪潮汹汹来袭。
据《元宇宙日报》统计，截至3月底，已有20家上市公司布局了AIGC相关应用。而这波浪潮，到现在为止只能说刚刚开始。
而谁能取得最终的胜利，差距主要在于算力。
毫无异议，AIGC越深入，算力压力越高。如今，各地方大力布局大数据中心便是证明。速度快超级计算机一百万亿倍的光量子计算系统，便是未来AI无限深化的基石。
同理，作为全产业链生态关键密钥的量子技术，未来在供应链、金融、制药、化工、交通、汽车、物流、航空、能源、气象等领域都将注入“经典—量子”异构算力，为各产业带来裂变式的颠覆。
所以，量子科技被认为是引爆第四次科技革命的关键，因此从政府到各企业，全都蓄势待发。但这一奇迹到底是什么样子？什么时候出现？谁第一个建出来？这些都是未知的。我们唯一所知的是，它需要时间，但总有一天会出现。
如今，如约诞生出国内第一台模块化离子阱量子计算工程机的启科量子，其长期目标是持续进行分布式离子阱量子计算机的研发，建立通信与计算相结合的第三代量子网络：即以连接量子计算机为核心的量子互联网，缩短与国外的离子阱量子计算机研发差距，甚至实现技术超越，打造离子阱量子计算领域的“中国名片”。
