5月1日早晨8時(shí)40分,42歲的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭國(guó)平像以往的13個(gè)五一節(jié)一樣,踏入實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室里各種儀器聲匯成的“交響樂(lè)”,在他耳中特別和諧。哪個(gè)“樂(lè)手”不在狀態(tài),一聽(tīng)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(shuō)起液氦,這可是讓郭國(guó)平14個(gè)五一節(jié)不能休息的“元兇”之一。量子計(jì)算的研究平臺(tái),需要零下270攝氏度左右的環(huán)境。營(yíng)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(gè)研究平臺(tái),也就是說(shuō),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(wàn)塊錢。”郭國(guó)平說(shuō),為了不浪費(fèi)科研經(jīng)費(fèi),他的實(shí)驗(yàn)室從2005年建立到現(xiàn)在,基本上全年無(wú)休,兩班倒24小時(shí)運(yùn)行。“前五六年人少,主要是我一個(gè)人值班。后來(lái)同事、學(xué)生多了,我平時(shí)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。”

檢查完儀器儀表和前一天數(shù)據(jù)采集情況,郭國(guó)平開(kāi)始準(zhǔn)備芯片樣品。他花了1個(gè)多小時(shí),在長(zhǎng)寬不到一厘米的芯片板上,焊上50根線。然后來(lái)到另一個(gè)房間里的研究平臺(tái),拆下懸在空中一米多高的圓柱形罐子,露出量子計(jì)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(gè)豪華大吊燈,又像一個(gè)多層的旋轉(zhuǎn)木馬。

郭國(guó)平把芯片樣品放進(jìn)“大吊燈”,對(duì)接芯片和儀器儀表引線,啟動(dòng)程序,開(kāi)始測(cè)試芯片狀態(tài)。

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

2005年,郭國(guó)平因?yàn)榱孔油ㄐ欧矫娴目蒲谐晒@得中科院院長(zhǎng)特別獎(jiǎng),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(gè)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(jì)算。

“那時(shí)候我真的被認(rèn)為是‘愣頭青’。量子計(jì)算當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)近乎空白,與先發(fā)國(guó)家差距巨大,而且研究起來(lái)很花錢,又難出論文。”郭國(guó)平說(shuō),他之所以愿做“愣頭青”,是因?yàn)椤斑@個(gè)東西對(duì)國(guó)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(guó)平組建起量子計(jì)算研究小組。

研究量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)系統(tǒng)工程,從芯片設(shè)計(jì)到納米加工、檢測(cè)、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(gè)學(xué)科,而他們大多從頭干起。

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

經(jīng)過(guò)艱苦努力,郭國(guó)平的研究小組2009年在國(guó)內(nèi)首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)。從2012年到2017年,他們先后實(shí)現(xiàn)了基于半導(dǎo)體的單比特、兩比特、三比特量子計(jì)算。實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)零的突破,跟上了國(guó)際先進(jìn)科研機(jī)構(gòu)的節(jié)奏。

雖然進(jìn)步很快,但郭國(guó)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(guò)的路甚至踏過(guò)的坑,我們也必須一一走過(guò),才可能有技術(shù)積累。”郭國(guó)平說(shuō),要追上別人,造出真正有實(shí)用價(jià)值的量子計(jì)算機(jī),唯有日夜兼程。