5月1日早晨8時40分,42歲的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭國平像以往的13個五一節(jié)一樣,踏入實驗室大門。

“啾啾啾”,這是壓縮機(jī)在“鳴叫”;“嗡嗡嗡”,這是真空泵在“和聲”……實驗室里各種儀器聲匯成的“交響樂”,在他耳中特別和諧。哪個“樂手”不在狀態(tài),一聽即知。

壓縮機(jī),轉(zhuǎn)速正常;真空泵,指標(biāo)正常;液氮、液氦,液面高度正常……說起液氦,這可是讓郭國平14個五一節(jié)不能休息的“元兇”之一。量子計算的研究平臺,需要零下270攝氏度左右的環(huán)境。營造這樣的極低溫環(huán)境,一天需要消耗20多升液氦,而液氦偏偏又很貴,100多塊錢一升。

“我們有兩個研究平臺,也就是說,一天不干就要白扔五六千塊錢。如果關(guān)掉幾天再重啟,要幾萬塊錢?！惫鶉秸f,為了不浪費科研經(jīng)費,他的實驗室從2005年建立到現(xiàn)在,基本上全年無休,兩班倒24小時運行。“前五六年人少,主要是我一個人值班。后來同事、學(xué)生多了,我平時輕松一些,但是節(jié)假日要讓學(xué)生回家,還是我們當(dāng)老師的值班?！?/p>

檢查完儀器儀表和前一天數(shù)據(jù)采集情況,郭國平開始準(zhǔn)備芯片樣品。他花了1個多小時,在長寬不到一厘米的芯片板上,焊上50根線。然后來到另一個房間里的研究平臺,拆下懸在空中一米多高的圓柱形罐子,露出量子計算機(jī)的“真容”:一層一層金黃色的圓形面板,之間用柱子和密密麻麻的線束相連,像一個豪華大吊燈,又像一個多層的旋轉(zhuǎn)木馬。

郭國平把芯片樣品放進(jìn)“大吊燈”,對接芯片和儀器儀表引線,啟動程序,開始測試芯片狀態(tài)。

20世紀(jì)80年代,諾貝爾獎獲得者理查德·費曼等人提出構(gòu)想,基于兩個奇特的量子特性——量子疊加和量子糾纏構(gòu)建“量子計算”。相比電子計算機(jī),量子計算機(jī)理論上運算能力將有幾何級數(shù)的增長,被認(rèn)為將是下一代信息革命的關(guān)鍵動力。

2005年,郭國平因為量子通信方面的科研成果獲得中科院院長特別獎,同年獲得中科大博士學(xué)位并留校工作。但是,他做出了一個一些人認(rèn)為“很傻”的決定,放棄已經(jīng)做得風(fēng)生水起的量子通信研究,改做量子計算。

“那時候我真的被認(rèn)為是‘愣頭青’。量子計算當(dāng)時在國內(nèi)的基礎(chǔ)近乎空白,與先發(fā)國家差距巨大,而且研究起來很花錢,又難出論文?！惫鶉秸f,他之所以愿做“愣頭青”,是因為“這個東西對國家太重要了”。

此道不孤。在導(dǎo)師郭光燦院士等人支持推薦下,剛剛博士畢業(yè)的郭國平組建起量子計算研究小組。

研究量子計算機(jī)是一個系統(tǒng)工程,從芯片設(shè)計到納米加工、檢測、數(shù)據(jù)分析、軟件編程,涉及物理、微電子、機(jī)械、軟件等多個學(xué)科,而他們大多從頭干起。

“在實驗室從切割硅基板到做出芯片,一切順利的話,一個流程得三四天。”曾經(jīng)是郭國平的學(xué)生、如今已留在實驗室工作的特任研究員李海鷗說,做芯片時要在密閉的超凈間里一呆十幾個小時,大多數(shù)時間必須站著,經(jīng)常站得腿發(fā)抖。

經(jīng)過艱苦努力,郭國平的研究小組2009年在國內(nèi)首次實驗實現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)。從2012年到2017年,他們先后實現(xiàn)了基于半導(dǎo)體的單比特、兩比特、三比特量子計算。實現(xiàn)國內(nèi)零的突破,跟上了國際先進(jìn)科研機(jī)構(gòu)的節(jié)奏。

雖然進(jìn)步很快,但郭國平認(rèn)為仍然要承認(rèn)與先進(jìn)機(jī)構(gòu)的差距。“我們起步晚、基礎(chǔ)差,別人經(jīng)過的路甚至踏過的坑,我們也必須一一走過,才可能有技術(shù)積累。”郭國平說,要追上別人,造出真正有實用價值的量子計算機(jī),唯有日夜兼程。