量子信息技術發展十分迅速，如今儼然已經成為了國際競爭角逐的新 “戰場”。量子信息技術作為未來最具潛力、提升綜合國力必不可少的尖端技術，世界各國都紛紛提出量子戰略、設立量子項目以促進本國量子科技的發展。當下，中國也愈發重視量子科技產業，不斷通過自主研發技術創新打破國外壟斷地位。

啟科量子的聯合創始人兼 CEO 陳柳平在量子技術領域已深耕 20 年，他曾任全球知名量子技術公司 MagiQ 總工程師，于 2003 年參與推出了全球首套商業化量子通信系統，先后研發了共四代商業化量子通信系統。

早在 2007 年，他便開始研究量子計算機關鍵設備，開發出全球首個專用量子計算波形發生器，同時他還與麻省理工學院、哈佛大學等一流高校合作開發離子阱量子計算機項目。2015 年，陳柳平參與開發出全球首套量子計算操控系統，促進了全球量子計算機科研和產品的進步。

天算 1 號：國內首個離子阱可擴展分布式量子計算機項目

陳柳平和團隊專注量子通信設備制造與全棧式離子阱量子計算機開發，目前，在這兩個領域都已經取得了一系列研究成果。

量子通信方面，團隊在 2019 年完成基于單光子的量子秘鑰分發系統研發，2020 年實現基于糾纏態的量子信息傳輸，產品包括量子保密通信網絡核心設備、量子保密通信網絡運維產品、量子安全應用產品和脈沖激光器等核心組件。目前，量子通信產品已經進入量產推進階段，并計劃在國內多領域開展應用部署。

量子計算方面，團隊于 2018 年就在中國率先開展了分布式離子阱量子計算機的研發，并于 2020 年 8 月正式啟動了“天算 1 號” 離子阱量子計算機項目，預計在 2-3 年的時間完成。

此外，陳柳平向 DeepTech 介紹了下一步的研究動向：“2022 年，我們將啟動離子 - 光子糾纏的分布式量子計算機研發，預計 2023 年實現分布式的百比特量子計算機（量子體積將達到億級），并將在此基礎上進一步研發分布式千比特量子計算機，以此拓展量子計算在人工智能、生物制藥、智慧交通、金融等領域商業應用。”

關于 “天算 1 號”，陳柳平首先介紹了離子阱技術。他說：“離子阱是實現通用量子計算的兩個公認可行方案之一。離子阱量子計算機具有量子比特同一性優異、相干時間超長、制備和讀出效率高、量子邏輯門保真度高四大優點。”離子阱是同時滿足量子計算 5 個基本準則和量子網絡 2 個準則的唯一物理體系。“目前專注于離子阱量子計算機研發的企業有美國的 IonQ 和 Honeywell、奧地利的 AQT、英國的 UC 以及中國的啟科量子，研發機構有桑迪亞國家實驗室、MIT、清華、中科大等等。” 陳柳平補充道。

用目前通用量子計算機跑分的指標 —— 量子體積來衡量，IonQ 離子阱量子計算機量子體積達到 400 萬，超過首次實現量子霸權的谷歌超導量子計算機的 2-3 個數量級。美國離子阱量子計算機的頭部公司 IonQ 由美國國家量子法案的國會科技聽證人（四位聽證人分別代表科技、教育、產業、國家安全）、美國科學院院士 Chris Monroe 領銜，已經獲得谷歌、亞馬遜、微軟等國際信息產業巨頭投資。

在國內，多個科技公司定位于超導量子計算，但是離子阱量子計算的工程與商業開發缺位。陳柳平和他的團隊填補了這一空缺，是目前國內唯一一家基于離子阱技術開發量子計算機并將其工程化的公司，并將中國量子計算機的產業化開發推向國際領先地位。

在被問及當前的離子阱技術難點時，陳柳平告訴 DeepTech：“離子阱有兩個技術難點，第一是如何把大量離子在小范圍內囚禁起來；第二是如何控制高精度高能量的激光。”“離子阱未來發展取決于兩個重要因素，微波芯片制造工藝和激光控制。非常值得一提的是，目前中國在激光工業，包括光學工業方面更為先進，是世界一流！” 他隨后補充說。

核心技術主導發展命脈

中國有一批優秀的量子科技公司，在提到相較于其他公司的優勢時，陳柳平告訴 DeepTech：“我們有兩個核心競爭力。其一，團隊核心成員擁有 20 多年的量子通信、量子計算多領域技術積累與實踐經驗，技術自主可控，在國內處于領先地位；其二，我們是國內首家兼具量子計算和量子通信研發能力的企業，對于構建通信和計算相結合的第三代量子網絡具有獨一無二的產品和技術優勢。”

陳柳平隨后向 DeepTech 介紹了團隊情況。團隊的核心人員包括來自哈佛大學、斯坦福大學、馬里蘭大學和全球知名量子技術公司 MagiQ、1Qbit 等機構的 50 多位科學家和工程師，碩士及以上學歷占比超 85%。他們具有豐富的科研及實踐經驗，同時也在國際上獲得一系列重要研究成果。比如，2010 年研制出全球第一個私密性被物理定律保護的量子隨機數發生器；2012 年研制出全球第一個基于微電子工藝的離子阱芯片并首次實現了離子囚禁；2018 年在中國率先開展分布式離子阱量子計算機研發等等。另外，多位團隊成員在 Nature、PRL 等重要期刊上發表論文 30 余篇、獲得數十項專利。

得益于上述人才實力，團隊用 16 個月完成了城域網高速量子通信系統等系列第一代產品的研發，綜合性能達到國際領先水平，目前已開始進入市場化階段。

與此同時，“天算 1 號” 千比特離子阱量子計算機的包括離子阱芯片、精密激光系統、量子比特光電測控系統、高速電子時序與控制系統、量子編程語言、量子云和量子應用軟件等研發也在持續進行中。

談及在核心技術、實驗室建設、標準制訂、產學研合作等方面的成果，陳柳平告訴 DeepTech：“我們的量子密鑰系統的設計方案采用新型時間相位編碼，與其他方案相比，可以做到完全的偏振無關性，而且大大降低接收端的插損，從而提高系統成碼率和傳輸距離，能夠更好的適用于長距離復雜光纜應用環境。”

實驗室建設方面，陳柳平說：“我們的量子通信研發中心位于北京，用于研究開發量子通信關鍵技術、設備及在相關領域中的應用解決方案。目前已實現量子通信網絡核心設備、量子通信網絡運維產品、量子安全應用產品及核心組件的研制，產品將主要應用于政務、國防、金融、電力分配、交通等廣泛領域的量子保密通信網絡建設；我們的量子計算 H-bar 實驗室位于大灣區，按計劃目標推進 “天算 1 號” 離子阱量子計算機項目。”

標準制定方面，公司承擔了包括《量子密鑰分發 (QKD) 系統技術要求》、《量子密鑰分發 (QKD) 系統測試方法》、《量子保密通信 VPN 設備檢測技術規范》、《量子保密通信系統密鑰交互接口技術規范》在內的四項國家及行業標準的編制任務。

產學研層面，陳柳平向 DeepTech 列舉了一些合作機構。“我們與國外多家量子科技企業、麻省理工學院、清華大學、北京大學、國家電網、中科院計算機所以及中科院精密測量科學與技術創新研究院等眾多國內外科研機構及多領域企業展開交流并互惠協作。” 他說。

全球及中國量子信息技術發展現狀

在談及全球量子信息技術和中國所處的地位和現狀時，陳柳平告訴 DeepTech：“目前，中國的量子信息技術的一些領域在國際占據優勢，但有一些方面還處于起步階段，整體的綜合技術實力和歐美國家存在差距。”

量子信息技術其實是一個統稱，它主要包含量子計算、量子通信和量子測量三大領域。

“量子計算具備巨量信息攜帶和超強并行計算能力，能夠在某些計算困難問題上提供指數級加速。在全球范圍，現在正處于含噪聲中等規模量子計算的研發階段，預計在人工智能、生物醫藥、航空航天等領域將產生‘殺手級’應用。” 陳柳平表示。“目前，在量子計算領域，美國依然處于全球領先地位，中國在量子計算方面處在趕超階段。” 他補充道。

“量子通信的典型應用包含量子密鑰分發（QKD）和量子隱形傳態（QT）。基于 QKD 的量子保密通信是目前已經初步實用化的應用方向，已經開展多領域應用和產業化發展；QT 研究距離實用化仍有較大距離。” 陳柳平說道，“中國在 QKD 技術的遠距離、高速率、小型化、安全攻防以及標準化方面，以及在量子隱形傳態、量子中繼等面向未來量子網絡的核心技術方面，均取得了一系列重大成果，可以毫不夸張地說，中國的量子通信在國際處于第一梯隊”。

關于量子測量，陳柳平表示：“近年來主要研究關注提升測量性能指標，進一步挑戰測量精度記錄和突破經典測量計算；推進樣機系統化，進一步開展小型化、芯片化和可移動化研發，增強系統實用性。” 他告訴 DeepTech，“目前而言，中國在量子測量應用與產業化尚處于初步階段，但正在逐步發力。”

采訪最后，陳柳平向 DeepTech 介紹了他和團隊的長期目標以及未來愿景。于公司層面，他將帶領團隊建立起通信與計算相結合的第三代量子網絡，即以連接量子計算機為核心的量子互聯網，從而讓數據更安全、計算更高效。于國家層面，依托團隊自身技術實力不斷突破創新，推動中國量子信息技術產業穩定快速發展，讓中國量子科技在國際達到領先地位。

據悉，啟科量子總部位于北京中關村軟件園，是國內首家在量子計算、量子通信、量子測量領域均擁有自主核心技術和綜合產品研制能力及經驗的公司。2021 年 1 月 19 日，啟科量子完成了 5000 萬元天使輪融資，投資方為中關村前沿基金、中關村金種子基金等。

原文標題：國內初創公司研制離子阱可擴展分布式量子計算機｜專訪

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責任編輯：haq