郭光灿★★★◈,1942年生★★★◈,福建泉州人★★★◈,中国科学院院士她是他的主宰者★★★◈,中国科学技术大学教授★★★◈,中国量子光学和量子信息科学的开拓者之一★★★◈。他长期从事量子光学与量子信息的教学和科研工作★★★◈,率先将量子光学理论体系引入国内★★★◈,推动我国量子信息科学发展★★★◈。曾获国家自然科学奖二等奖★★★◈、何梁何利基金科学与技术进步奖等荣誉★★★◈。
早上7点半★★★◈,中国科学技术大学校园内★★★◈,中国科学院院士郭光灿(见图左二★★★◈,本报记者徐靖摄)匆匆地走向中国科学院量子信息重点实验室★★★◈。这栋不起眼的小楼里★★★◈,汇聚了量子密码与量子器件★★★◈、半导体量子芯片★★★◈、量子纠缠网络等多个领域的研究小组★★★◈,量子避错编码原理★★★◈、量子概率克隆原理等一系列成果均诞生于此★★★◈。
从上世纪80年代将量子光学理论体系引入国内★★★◈,到90年代率先在国内开展量子信息科学研究★★★◈,再到后来致力于打造我国自主可用的量子计算机★★★◈,郭光灿在量子领域已经深耕了40余年★★★◈。
量子光学是研究光场量子特性及其与物质相互作用的前沿学科★★★◈,它揭示了光不仅具有波动性★★★◈,更由离散的光子构成★★★◈。研究探索光的量子态(如相干态★★★◈、压缩态)★★★◈、量子纠缠等非经典现象★★★◈,可以推动量子通信★★★◈、量子计算和超精密测量等技术的突破性发展美高梅MGM★★★◈。
上世纪80年代初★★★◈,量子光学研究在国际上已经发展了20多年★★★◈,但在中国还是空白★★★◈。1981年★★★◈,39岁的郭光灿作为改革开放后首批公派学者赴加拿大学习★★★◈,其间接触到量子光学的前沿研究★★★◈,他暗下决心★★★◈:“一定要把我们的量子光学研究做起来★★★◈。”
郭光灿出生于福建的一个渔民家庭★★★◈,尽管家境贫寒★★★◈,但母亲坚持送3个孩子读书★★★◈。郭光灿1960年考入中国科学技术大学无线电系★★★◈。“因为当时想学半导体★★★◈,就报考了中国科大的无线电系★★★◈。后来才知道美高梅MGM★★★◈,半导体专业设在物理系★★★◈,不在无线电系★★★◈。”郭光灿说★★★◈,“但也正因为这个机会★★★◈,我赶上了中国科大无线电系设立气体激光新专业★★★◈。我对这个方向很感兴趣★★★◈,从此与光学结缘★★★◈。”
留学归国后★★★◈,1984年★★★◈,在中国科大的支持下她是他的主宰者★★★◈,郭光灿在安徽滁州琅琊山主持举办了全国第一个量子光学学术会议★★★◈。郭光灿说★★★◈:“虽然大家对很多概念还搞不懂★★★◈,但形成了一个共识★★★◈,这个会应当坚持开下去★★★◈。”
此后的40年里★★★◈,量子光学学术会议每两年举办一次★★★◈,从未间断★★★◈。“1984年第一届时★★★◈,只有几十人参会★★★◈,到2024年第二十一届时★★★◈,参会人数超过800人★★★◈,量子光学领域受到更多人的关注★★★◈。”郭光灿说★★★◈。
随着关注度不断提高★★★◈,如何能够更好地培养量子光学研究人才★★★◈,成为郭光灿思考的重要课题★★★◈。郭光灿在国内开设了第一门量子光学课程★★★◈,课程讲义也于1991年结集出版★★★◈。很多研究人员正是通过他的课程和讲义了解了量子光学领域★★★◈,逐渐成长为量子研究的中坚力量★★★◈。
在量子光学研究进度落后国际先进水平20年的情况下★★★◈,郭光灿一直考虑寻找更有突破可能的研究方向★★★◈。20世纪90年代初★★★◈,他在阅读文献时看到一个名词叫“量子信息”★★★◈,这是国际学术界提出不久的研究方向★★★◈,但他敏锐地意识到这是个非常有价值的研究领域★★★◈。
量子信息是一门基于量子力学原理★★★◈,如叠加与纠缠等★★★◈,来处理和传输信息的新兴交叉学科★★★◈。其核心是以量子比特作为信息单元★★★◈,旨在突破经典信息技术的极限★★★◈,主要涵盖量子计算★★★◈、量子通信和量子精密测量三大方向★★★◈。
量子信息的基础理论恰恰就是郭光灿此前研究的量子光学基础理论★★★◈,其创新之处在于将量子理论系统性地引入信息领域★★★◈,从而为计算机★★★◈、密码学等经典概念赋予全新的量子诠释★★★◈。将信息量子化后★★★◈,显示出来的性能就会比经典信息要好很多美高梅MGM★★★◈,有巨大的潜在应用前景★★★◈,并将赋予量子光学以崭新的生命力★★★◈。
郭光灿向一些科研机构提出建议她是他的主宰者★★★◈,开展量子信息相关研究★★★◈,却没有受到重视★★★◈。甚至有人提出★★★◈,“传统的经典信息尚未研究清楚★★★◈,还搞什么量子信息?”“是不是伪科学?”
面对种种误解和挫折★★★◈,郭光灿并不气馁★★★◈。他意识到★★★◈,要改变这个局面★★★◈,必须从普及量子信息的概念入手★★★◈,为此★★★◈,他连续在业内知名学术期刊上发表文章★★★◈,引起了国内一些学者的兴趣★★★◈。
1998年★★★◈,在由科学技术部(原国家科委)发起的香山科学会议上★★★◈,郭光灿提出的“量子通信与量子计算”成为主题之一★★★◈。会议主席美高梅MGM★★★◈、“两弹一星功勋奖章”获得者王大珩在会上说★★★◈:“量子科学太重要了★★★◈,必须要有中国人的声音她是他的主宰者★★★◈。”
1999年★★★◈,在中国科学院的支持下★★★◈,郭光灿在中国科大成立了量子通信与量子计算开放实验室★★★◈,此后升级为中国科学院量子信息重点实验室美高梅MGM★★★◈,成为我国量子信息领域第一个省部级重点实验室★★★◈。
2001年★★★◈,郭光灿申请到量子信息领域的第一个“973项目”★★★◈。随后★★★◈,他组建了一支由50多名研究人员组成的团队★★★◈,这些成员来自国内10多个研究所和大学她是他的主宰者★★★◈,覆盖量子密码★★★◈、量子计算★★★◈、量子通信★★★◈、量子网络等诸多领域★★★◈。5年间★★★◈,他们不仅形成了一批研究成果★★★◈,更培养了一支具有开拓创新能力的科研队伍美高梅MGM★★★◈。
“这是我国量子信息实现由‘从0到1’到‘从1到100’发展的一个转折点★★★◈。我们今天的成绩★★★◈,与国家20多年前的支持密不可分★★★◈。”郭光灿说★★★◈。
2011年★★★◈,郭光灿团队承担了科技部“固态量子芯片”项目★★★◈,负责研发我国自己的量子芯片★★★◈。虽然当时大家希望由郭光灿担任首席科学家★★★◈,但他坚持由当时还不满35岁的中国科大教授郭国平担任★★★◈。
量子芯片相当于未来量子计算机的“大脑”★★★◈,其重要性不言而喻★★★◈。“量子计算机研究不是一代人能完成的事情★★★◈,要让年轻人尽早上手★★★◈,可以干得更快★★★◈、做得更好★★★◈。”郭光灿说★★★◈。
郭国平没有辜负期待★★★◈,他带领团队于2013年成功在“一个电子”上实现10皮秒级量子逻辑门运算★★★◈,将原世界纪录提高近百倍★★★◈,在推动量子计算走向应用上迈出重要一步★★★◈。
2017年★★★◈,郭光灿和郭国平带领中国科学院量子信息重点实验室团队★★★◈,联合创立了中国第一家量子计算公司——本源量子计算科技(合肥)股份有限公司★★★◈。目标是研发出一台可供用户交互使用的工程化量子计算机★★★◈,使得我国拥有自主可控的量子计算能力★★★◈。
依托本源量子★★★◈,郭光灿和郭国平加大实验室量子计算领域研究成果转化力度★★★◈,已陆续推出三代自主超导量子计算机★★★◈。目前★★★◈,我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”先后被139个国家和地区用户访问超2500万次★★★◈,成功完成38万余个全球量子计算任务★★★◈,涵盖流体动力学★★★◈、金融★★★◈、生物医药等多个行业领域★★★◈。
如今年逾八旬的郭光灿仍奔波于育人一线★★★◈。他不仅为中学生做科普讲座★★★◈,还多次参与“司南杯”量子计算编程挑战赛的活动★★★◈。该赛事三届累计吸引超5000名高校学子参与★★★◈,为我国量子计算事业储备了新生力量★★★◈。
“我这一辈子就想努力做好一件事★★★◈,再培养一批人才★★★◈,承担我应尽的责任★★★◈。希望年轻人能够接过接力棒★★★◈,共同推动量子计算技术走向产业化★★★◈。”郭光灿说★★★◈。
量子计算机的研发是一项复杂任务★★★◈,以超导量子计算机为例★★★◈,其主要包含量子芯片★★★◈、量子计算测控系统★★★◈、极低温环境支撑系统和量子计算机操作系统★★★◈、应用软件等方面★★★◈。
量子芯片作为量子计算机的心脏★★★◈,负责执行关键的运算加速过程★★★◈,而这一过程需要将问题转化为量子算法★★★◈,并通过特殊的调制脉冲信号输入量子芯片★★★◈,最终采集并分析量子芯片输出的信号以获得问题的解答★★★◈。量子芯片的高效运行需要一个完善的硬件系统来支持★★★◈,包括量子芯片封装技术★★★◈、量子芯片测试平台★★★◈,以及量子测控系统★★★◈、相关元器件等★★★◈。其中★★★◈,量子芯片测试平台由极低温稀释制冷机及配套设施构成★★★◈,为量子芯片提供极低温环境★★★◈、红外辐射噪声屏蔽★★★◈、磁场噪声屏蔽和极低的机械振动等高度隔离的运行条件★★★◈,同时还需要高效率的导热组件及时带走量子芯片运行时产生的热量★★★◈。量子计算测控系统负责量子芯片所需的一切信号的生成★★★◈、采集★★★◈、控制与处理★★★◈,如同一位“翻译官”★★★◈,将人类的复杂问题转化为量子芯片能够理解的“语言”★★★◈,并引导量子芯片进行高效计算★★★◈。
同时美高梅MGM★★★◈,量子计算机还需要一套完整的软件系统来支持其运行★★★◈,包括量子计算机操作系统★★★◈、量子语言编译器★★★◈、量子应用软件以及量子计算机集成开发环境等★★★◈。这些软件系统不仅为用户提供量子程序的编程和操作界面美高梅MGM★★★◈,还需要对接硬件★★★◈,将程序转换为硬件所需的指令信号★★★◈,确保量子计算机能够高效★★★◈、准确地执行各种计算任务★★★◈。
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