2020-12-28 14:11:43聖天使

致力於量子計算的商業化,量旋科技努力在超導量子技術上取得突破



谷歌超導量子計算機

【本文來自鈦媒體特色欄目「快公司」】


在量子計算將改變世界,並革新醫學、通信和人工智能技術的夢想風口下,中國正尋求打破美國、歐洲在這一領域近乎壟斷的局面。

12月4日,中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊,與中科院上海微系統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作,構建了76個光子的量子計算原型機「九章」,200秒內完成「高斯玻色取樣」的快速求解,實現了「量子計算優越性」(Quantum Supremacy)的里程碑式突破。相關研究成果登在國際學術期刊《科學》雜誌上,並引發全民熱議。


就在「九章」官宣的同一天,深圳的一家量子計算領域初創公司「量旋科技」(SpinQ)宣布完成數千萬人民幣A輪融資,由深圳高新投領投,前幾輪老股東跟投。此輪融資將主要用於超導芯片量子計算機的研發與生產。

儘管量旋科技聯合創始人、總經理鄒均庭博士告訴鈦媒體App,選在同天公布這一消息純屬巧合,「要是知道他們發新聞我們就錯開了」。但他也同時指出,相比陸朝陽團隊發布的「九章」常溫光量子突破性論文,量旋科技則希望量子計算機從科研走向落地階段,落實到具體商業應用當中,尋求實現量子計算的產業化發展。


量旋科技成立於2018年,是致力於量子計算的初創公司,專注於超導量子計算機、桌面型核磁共振量子計算機、以及量子計算相關軟件的自主研發和生產。


創始團隊方面,鄒均庭畢業於中國科學技術大學(「中科大」),研究生期間師從中國科學院院士、中國物理學家杜江峰院士,博士畢業後到了核磁共振儀(NMR)等美國科學儀器製造商布魯克(Bruker)公司;公司另一位創始人、董事長項金根則本科和博士均畢業於清華大學物理系,博士畢業後,項金根在哈佛大學擔任博士後和副研究員職位,此後進入計算機科學領域,曾在多家公司擔任軟件和算法負責人。


公司聯合創始人和首席科學家曾蓓博士為香港科技大學物理系教授,在清華物理系獲得本科和碩士學位,博士階段在麻省理工學院師從量子計算先驅人物Isaac Chuang,從事量子計算研究超過20年。


產品方面,目前量旋科技已推出桌面型核磁共振量子計算機「雙子座」,可以鏈接多個量子計算體系的雲服務平台「金牛座」,並實現了部分硬件銷售。公司接下來主要研發重心將在超導芯片量子計算機層面,以及對「雙子座」的更新迭代。

鄒均庭向鈦媒體App透露,量旋科技最快在2021年底發布其首個自主可控的超導芯片量子計算機,並希望五年內超越國內同行,實現400量子比特(Qubits)超導量子計算機的商業化這一宏偉目標。


「實現量子計算的商業化」是量旋科技的核心競爭力

量子是構成物質的基本單元,是不可分割的微觀粒子(譬如光子和電子等)的統稱。而量子信息技術(量子科技)是指通過對光子、電子和冷原子等微觀粒子系統,及其量子態進行精確的人工調控和觀測,藉助量子疊加和量子糾纏等獨特物理現象,以經典0和1理論無法實現的方式獲取、傳輸和處理信息。


今年10月16日下午,中共中央政治局就量子科技研究和應用前景舉行第二十四次集體學習,將「量子科技」上升為國家戰略。華安證券發布研報認為,量子科技有望成為中國在全球科技產業中「換道超車」、掌握產業鏈話語權的重要核心技術。

從產業技術應用演進來看,量子力學的發展促使量子科技產業第一次浪潮興起,誕生了包括激光、半導體(硅)和磁共振成像(MRI)等具有劃時代的重大科技突破。

如今,隨着基礎研究帶來技術突破,量子科技產業即將迎來第二次發展浪潮。

當前量子科技的具體應用主要包括量子通信、量子計算和量子精密測量三個分支。


量子通信:利用微觀粒子的量子疊加態或量子糾纏效應等進行的信息或密鑰傳輸,基於量子力學保證密鑰分發的安全性,主要分量子隱形傳態(QT)和量子密鑰分發(QKD)兩類。

量子計算:以量子比特為基本單元,通過量子態的受控演化實現數據的存儲計算,具有經典計算無法比擬的巨大信息攜帶和超強並行處理能力,以實現計算機算力指數級增長趨勢。在當下摩爾定律已接近極限、數據爆發式增長的需求背景下,量子計算擁有極強的技術潛力,可應用於複雜場景下的技術應用。


量子精密測量:基於微觀粒子系統及其量子態的精密測量,完成被測系統物理量的執行變換和信息輸出,在測量精度靈敏度和穩定性等方面,比傳統測量技術有明顯優勢。

在這其中,包括量旋科技、IonQ、IBM量子計算中心等均是量子計算這一賽道的企業機構,也是實現未來通用型量子計算機的唯一路徑。


根據BCG預測,到2030年,量子計算的應用市場規模有望達到500多億美元,發展空間廣闊。

目前量子計算主要有超導、離子阱、硅(芯片)量子點、拓撲、光量子、分子自旋等多個技術路徑。不過,該技術現階段仍處於科研開發階段,成本過高、投入周期長,大部分量子計算技術實現條件較為苛刻,從而短期內難以實現商業化,是VC非常謹慎投資的領域之一。




國內外的量子計算領域公司普遍以離子阱或超導量子比特作為主流量子計算機研發路線,因為以穩定長相干時間和高計算精度的特點被行業認同。但這兩種技術實現條件較為苛刻:一是需要在超真空和極低溫(接近絕對零度,約零下459華氏度)。的物理狀態下進行,一般只能在專業實驗室內實現;二是離子阱或超導的量子計算機體積過大,成本過高,對於運輸攜帶等租賃設備來說,依然存在優化空間。


2018年,谷歌公司宣布製造出行業領先的72量子比特超導量子計算機,實現「量子優越性」,超過IBM超導量子計算機在2017年10月實現的56個量子比特記錄。從量子比特數上來說,谷歌72超導量子是現今為止全球計算最快的量子計算機。


不過,從技術來說,超導量子計算機仍未達到商業化要求,無法引入到商業銷售環境中。截止2020年8月,根據美國政府公布的私營企業量子計算合作計劃,其中就包括摩根大通、德國貨運巨頭DHL、製藥巨頭默沙東公司、大眾汽車(谷歌合作夥伴)、埃克森美孚(Exxon Mobil,IBM合作夥伴)和戴姆勒(Daimler,谷歌、IBM共同合作夥伴),但這些合作也僅限於宣傳狀態,短期內無法落地實施。


中國國內量子科技起步較晚,但增長迅猛。

天眼查最新數據顯示,以工商登記為準,目前中國有超過4200家量子領域相關企業,85%的相關企業註冊新增於5年之內。其中2018年全年,中國新增超1300家量子領域相關企業,同比增長109%。截止12月,中國2020年新增近700家量子領域相關企業。

目前,量子領域相關企業註冊總量是5年前的6倍。




(圖片來源:天眼查)

雖然現階段中國的超導量子計算機均沒有超過IBM、谷歌的「量子優越性」記錄。但相對而言,中國民營企業依然擁有比較領先的超導量子計算機——今年9月本源量子發布的自研6量子比特超導量子計算機「悟源」。

本源量子是一家創立於2017年的量子計算初創企業,團隊起源於中科院量子信息重點實驗室,由兩位量子計算行業領軍人物、中國科學院院士——郭光燦、郭國平所領導。該公司主要以「人才」方面為對外傳播方向,研發人員占比超75%,核心研發團隊成員均為中科院計算機、物理領域博士。


短短三年時間,本源量子發布了包括量子芯片玄微XW S2-200、世界上首個量子計算機應用軟件ChemiQ等相關技術產品。不過,本源量子更多專注量子計算全領域開發,產品較為分散,大量資金用於人才和技術產品方面,在商業層面屬於剛剛起步。


相對而言,晚於本源量子一年的量旋科技,則主要以「量子計算的商業化」為核心目標導向,生產並銷售桌面型核磁共振量子計算機「雙子座」、可以鏈接多個量子計算體系的雲服務平台「金牛座」兩大產品,客戶已超20家,短期內在教學領域實現量子計算的普及化和部分商業化,已經形成了一套短期商業化路線。


量旋科技能夠在量子計算實現商業化主要有兩個原因:一是鄒均庭的職場背景。在創立量旋科技之前,他曾在美國科學儀器製造商布魯克(Bruker)公司任職,該公司曾研發出中國安裝的第一台核磁共振儀(NMR),從而啟發他在核磁共振技術中找到量子計算機的產品方向;二是由於項金根、鄒均庭都曾在企業中擔任重要職位,相比學院派企業創始人,深知量子計算領域商業化的重要性。

 
鄒均庭表示,「國內量子領域公司團隊大都來自於院校,沒有任何工作經驗,就變成公司管理層了。但從科研到創業,我和項總深知如何將前沿科研技術落實到成熟的商業道路。」

鄒均庭強調,實現量子計算的商業化是量旋科技這家公司的核心競爭力。明年量旋科技將加大銷售力度,發布「雙子座」的迭代新品,性價比更高,更加適合高中教學場景。

「雙子座迭代方面有兩個規劃。一種是2個量子比特性能不變,體積和售價都降低,以達到更多用戶的使用門檻;二是要維持尺寸不變,將比特數擴充至3-5個,實現性能提升。」


目前,量旋科技的技術發展路線有兩大主要方向:核磁共振技術方向的和超導技術方向。

其中,核磁共振技術是通過原子核與磁場發生相互作用來探測或檢驗物質,已在醫學影像、石油勘測等領域有廣泛應用,是成熟的電磁波脈衝控制技術,計算錯誤率較低。運用核磁共振技術的量子計算機可在常溫條件下運行,且可實現小型化,是日常環境裡少數能實現的量子計算方案之一。


「雙子座」這類產品量子比特數量較少,大多數為2-4個,最高不超過6個,性能遠不及其他路線的量子計算機。因此,「雙子座」主要用於急需算力提升的編程環境中,為各大高校的量子力學、量子信息等課程提供教學效果。

鄒均庭透露,該設備組裝生產周期在一個月左右。客單價在人民幣36萬-39萬元左右,遠低於使用其他技術的產品,高校客戶可以負擔得起。公司已與清華大學、北京理工大學等高校達成協議,客戶已超20家。甚至產品銷往中國台灣、加拿大等地,公司境外銷售占比達四成。




量旋科技自研的「雙子座」核磁共振量子計算機

「金牛座」則提供的是一個量子云計算平台,為客戶提供基礎算力,配合着量子計算軟件,去幫助客戶解決問題。其中公司自研的測控系統正作為產品單獨對外銷售。


鄒均庭是這樣評價這兩條技術路線的:「雙子座定位在教學和演示,就像「小霸王」一樣,科研層面的利用率較低;金牛座則類似UI界面,結合其接入的真實量子計算機用來為那些對量子計算感興趣的人士提供算法驗證服務,可以在人工智能、分子模擬等領域利用其驗證算法是否可行。」


不過,「雙子座」量子計算機所使用的核磁共振技術,雖然擁有性價比高優勢,但可擴展性不強,技術上限較低,難以運用到實際工業場景。因此,量旋科技則更多在推進超導量子計算機研發,這是該公司另一發展方向,公司融資的資金主要用於這一板塊。


量旋科技正在研發的公司首台超導量子計算機,預計將在2021年底對外發布,比特數將達到50個。公司預計,該產品能在未來2-3年內供科研用戶使用,5年內能在具體場景落地使用。

相比本源量子的「悟源」,鄒均庭對鈦媒體App稱,「我們的更加自主可控。」

鄒均庭認為,與離子阱技術路線相比,超導量子技術更加穩定,並能夠大批量生產,是大有希望的技術路線,同樣也是該公司未來想要發展的一個重要技術目標。

 
「我認為超導量子優勢有三,一是量子比特很好擴展;二是可以復用目前人類已掌握好的比較成熟技術,如微納加工技術、射頻技術等;三是超導量子芯片這個方向,占據了整個量子計算行業80%的人力、物力和財力,這就是我們看好這條路線的重要原因。」


鈦媒體App了解到,量旋科技明年或將發布的這款首台超導量子計算機,內置從國內科研院所採購的芯片。但同時,該公司也正在自研超導芯片,集中於IC設計部分,並由下游代工企業生產,自研芯片的主要目的是提升量子比特數和量子比特保真度,其或將在下一代產品中進行使用。


鄒均庭強調,50個量子比特的超導量子計算機是公司兩年內的目標,5年內的終極目標是做到400比特的超導量子計算機,超越國內同行,並實現商業化。

不過,鄒均庭也坦承稱這一目標依然有諸多因素要克服。在採訪中,他提到了超過90次「可能」這個詞。而「可能」似乎也是他對於這一目標的隱憂。


「在目前技術上,實現400量子比特仍有一定難度。與IBM這樣的巨頭相比,我們需要比現在更多的現金支持,需要更多研發人才,需要突破更多技術瓶頸,需要更多的產業環境。」鄒均庭坦然表示,「但未來就是如此,公司發展迅速,前沿技術一天一個變化,誰也不能預測未來究竟會變成什麼樣。」---(鈦媒體,作者:林志佳,編輯:趙宇航)