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交大团队攻克两种光子芯片技术,创立国内首家光量子计算公司

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发表于 2020-11-20 16:20 超大游击队员 | 显示全部楼层 |阅读模式

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近日,上海思量量子科技有限公司发布了国内首款商用科研级光量子计算机,用于量子优化算法、量子搜索算法等前沿科技领域的研究,已收到两个客户订单。思量量子由上海交通大学集成量子信息技术研究中心主任金贤敏教授创立,是国内第一家研发光量子计算产品的企业。光量子计算是量子科技的一个前沿领域,在这一领域诞生了多家初创企业,其中,硅谷的 PsiQ 公司已完成 5.5 亿美元融资。

与国外同行竞争合作,早日实现光量子芯片、铌酸锂薄膜光子芯片、光量子计算机等成果的产业化应用,是金贤敏的梦想。"我们马上要再成立一家新公司,搭建光子芯片研发中试线平台,尽早将这类变革性芯片用于光通信、光互连、人工智能和量子计算等新一代信息处理技术领域。"

"雪中送炭"催生光量子芯片

近年来,量子科技发展突飞猛进,成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。金贤敏在中国科学技术大学攻读硕士、博士期间,师从中国科学院院士潘建伟,研究量子通信。此后,他专注于光量子集成先进技术研究,2014 年进入上海交通大学,开始组建自己的研究团队。

从 2014 年到 2017 年,金贤敏团队一直没有很亮眼的成果发表。缺资金、缺人才、工艺集成难度高……回忆那四年,这位青年科学家仍有些"后怕"。幸运的是,上海市科委于 2016、2017 年连续两年立项支持他们的前沿基础研究,给了这个团队得以"续命"的经费资助。"当时,我被市科委拉进一个叫‘量子群落’的微信群,还受邀参加了多次线下沙龙活动,我的研究方向得到了专家的认可。"金贤敏说,"作为一名青年学者,这样的机遇让我倍感荣幸。拿到雪中送炭的科研经费,对我们团队开展前沿探索和关键技术研发至关重要。"

飞秒激光直写三维集成光量子芯片平台

在市科委和国家自然科学基金委的支持下,这个光量子计算研发团队度过了最艰难的时期,迎来了科研成果的"井喷"。2018 年 5 月,国际权威学术期刊《科学》子刊《科学进展》发表了他们的一项研究成果——制备出世界上最大规模的三维集成光量子芯片,把芯片节点数从过去的几十个提升至 49 × 49 个(共 2401 个节点)。制备这种芯片的技术是飞秒激光直写,解放日报 · 上观新闻记者在实验室里看到,科研人员操纵激光器在二氧化硅材料上方移动,仿佛在进行立体画创作。在几百飞秒(1 飞秒仅为 1 秒的一千万亿分之一)时间内,激光在不损伤材料表面的情况下就能完成对材料内部的修饰和改性,制造出任意形状的三维结构和光子线路。

这种芯片有何神奇之处?金贤敏团队用它演示了首个真正空间二维的量子行走,并进一步成功演示了量子快速到达算法。简而言之,这个算法是将一束光输入一个迷宫般的网络,研究如何让每个光子同时搜索最优路径,以效率最高的方式从网络的某个出口逃离。十几年前,量子物理理论学家构想出这个算法后,始终无法在实验室里进行演示。掌握高达 49 × 49 个节点的三维集成光量子芯片制备能力后,难题迎刃而解。这项研究成果已发表在国际知名学术期刊《自然 · 光子学》上。

结构复杂度不断增大的"量子快速到达"实验结果

在闵行区支持下创立思量量子

为了推动光量子计算科研成果的转化和产业化,去年 4 月,思量量子在上海闵行区成立。在企业注册过程中,金贤敏遇到了困难,闵行区高端人才服务中心为此与监管部门联系,共同制定了解决方案。高端人才服务中心还在落户手续、子女上学等生活问题上为这位青年科学家提供服务,让他安心投身创新创业工作。

今年国内疫情得到控制后,公司运营步入正轨,目前已有十多名员工。他们与上海交大集成量子信息技术研究中心的 50 人研发团队紧密协作,正逐步将实验室里的科研成果转化为产品。

利用三维集成光量子芯片,思量量子开发出一款科研级光量子计算机,其量子算法保真度大于 80%,可用于量子行走、玻色采样、量子快速到达等算法的实现与演示,也可根据专属用户与合作伙伴的需求进行光量子芯片的定制与开发。

科研级光量子计算机

筹建新公司开展光子芯片中试

除了光量子芯片,金贤敏团队还在实验室里成功制备出铌酸锂薄膜光子芯片。这也是一种近年来兴起的新型芯片,具有光谱范围广、调制速度快、集成度高、损耗低等优势,有望替代硅光和传统光调制器,成为光量子计算、光学人工智能处理器和光通信的核心部件。"目前,高速光调控模块的全球市场年销售额高达 260 亿美元,如果铌酸锂薄膜光子芯片成为这种模块的核心部件,有望全面颠覆光通信产业,其市场前景是非常诱人的。"金贤敏告诉记者,"我们利用 CMOS(互补金属氧化物半导体)兼容工艺,在国产铌酸锂薄膜材料上刻蚀出高集成度的光子线路结构,接近国际领先水平,达到了中试条件。"

为了搭建三维集成光量子芯片、铌酸锂薄膜光子芯片的中试线平台,金贤敏正在筹建一家新公司。"已有四个城市、多家头部投资机构向我们伸出了橄榄枝。我们希望在政府和投资机构支持下,实现两种光子芯片的中试生产,成功后再建设产线,进行大规模量产。"

在他看来,光量子计算的产业化路径可以采用"杀鸡用牛刀"策略,因为量子计算机的商用化难度非常高,不妨将光量子芯片等量子科技发展过程中打造的"牛刀"率先应用于光通信、光互连等技术体系成熟的领域,用它们取代一些传统器件,发挥量子科技的溢出效应。采取这种策略后,光量子计算企业有望在较短时间内取得营收,还能带动技术的高端化发展和产业集群建设。
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 楼主| 发表于 2020-11-20 16:21 超大游击队员 | 显示全部楼层
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