本源量子凭什么代表中国？

出品  光子盒研究院

众所周知，美国在全球量子计算研发上占据主导地位。在IPRdaily与incoPat创新指数研究中心联合发布的“全球量子计算技术发明专利排行榜（TOP20）”中，美国公司专利申请占到50%，加拿大公司D-Wave排在首位。

在众多发达国家中，有一家公司成了中国的唯一代表——本源量子，以36件专利排名全球第十二位。这家于2017年成立的公司是中国第一家量子计算公司，补齐了中国在量子信息领域的短板，得以实现量子通信和量子计算两条腿走路。

本源量子成立还不到3年，但它的技术积累已有十几年之久。公司创始人是郭光灿和郭国平师生二人，十几年前郭国平向郭光灿提议，中科院量子信息重点实验室建立了固态量子计算研究组，这个决定不仅成就了本源量子，同时也为中国量子计算撒下火种。

“追本溯源”的郭国平

1977年出生的郭国平是杜江峰、潘建伟等人的学弟，不过他在1996年考入中科大时读的是外语系，好在科大是全国唯一一家专业选择自由度100%的高校，郭国平在大二之后转到了物理系，否则中国将失去一位优秀的科学家。

1998年郭国平选择转到物理系并非心血来潮，而是在接触郭光灿教授后做出的深思熟虑的选择。当时量子光学、量子信息等在中国刚刚兴起，跟国际前沿相比有差距但并不大。

本科期间参与到大量的量子理论研究，为郭国平打下了量子研究的扎实基础，并且如愿以偿成为郭光灿教授的研究生。硕博期间，郭国平在中国科大学习量子光学，一直从事量子保密通信及量子信息器件的研究工作。

郭国平在研究生期间多次在顶级学术期刊上发表论文，因学术上的高产和高质，相关的顶级奖学金也基本都被他拿了个遍，其中包括香港求实研究生奖以及中科院院长特别奖，这两个都是研究生类奖学金中含金量最高的奖项。

但博士三年级的时候，他了解到美国、荷兰、日本等国的顶级高校都在从事半导体量子计算方面的研究，而国内在这方面还处于空白。

于是郭国平跟导师郭光灿商量，能否选修固体物理的课，进入量子计算领域。当时，郭光灿也意识未来实验室的战略部署需要固态物理，但现有的研究人员多数都是量子光学背景，便让郭国平开始负责建立国内首个半导体量子芯片研究组。

就这样，郭国平放弃已经做得风生水起的量子通信研究，改做量子计算。2005年博士毕业之后，郭国平被中科大聘为副教授。随后的十几年，郭国平在量子计算领域取得了很多备受瞩目的科研成果。

2010年，年仅33岁的郭国平获得科技部A类国家重大研究计划（亦称超级973）科技专项“固态量子芯片研究”重大项目，并担任首席科学家。到2013年，郭国平研究组成功在“一个电子”上实现10皮秒级（1皮秒为10的负12次方秒）量子逻辑门运算，将原世界纪录提高近百倍，为基于半导体的量子计算机的实现迈出重要一步。

2016年，郭国平开始担任国家重点研发计划“半导体量子芯片”项目首席科学家，成为目前国内半导体量子芯片研究领域的领军科学家。从2012年到2018年，郭国平研究组已先后实现了基于半导体的单比特、两比特、三比特量子计算。

实验室里的郭国平

郭国平研究组做的半导体量子计算机是目前的主流技术路线之一。由于现代半导体工业体系的完善，美国马里兰大学的物理学家Bruce Kane最早于1998年概述了用量子位中的磷原子在硅中构建量子计算机的设想。

郭国平从2005年开始就是走的半导体路线。而此前澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）的Michelle Simmons教授团队已经开始研究半导体量子计算机。

几年前，Simmons团队已经利用量子比特在单原子层面展示了一个系统。该团队的硅比特可以使其量子态比超导回路形成的量子态长近100万倍，这可以让硅比特以仅相当于超导回路1/6的误差运行。

在此研究成果之上，2016年4月，澳大利亚政府宣布在澳大利亚量子计算与通信技术中心成立量子计算实验室，进一步集中对半导体硅基量子芯片等研究加大投入，以期抢占半导体量子计算的制高点。

2019年，Simmons团队提出了全球首款3D原子级硅量子芯片架构，朝着构建大规模量子计算机迈出了重要一步。澳大利亚计划在2022年之前开发出10量子位硅基量子集成电路原型。

产业化方面，2015年，Intel宣布将向荷兰代尔夫特理工大学的量子技术研究项目QuTech投资5000万美元，合作研发基于硅量子点的量子计算机。

2017年，新南威尔士州政府、新南威尔士大学、联邦银行、澳洲电信、澳大利亚政府共同创办了澳大利亚第一家量子计算公司Silicon Quantum Computing，以促进Simmons团队的专门技术开发及商业化。

为了追赶量子计算产业化的脚步，2017年，在中科大和郭光灿院士的支持下，郭国平团队创办了国内第一家量子计算公司——本源量子，取“追本溯源”之意。“追本溯源”是郭国平的微信名，也是郭国平“用量子技术追溯科技本源”的初心。

量子计算的一匹黑马

2017年9月，中科大、郭国平、郭光灿等共同出资成立了合肥本源量子计算科技有限责任公司，两个月后的A轮融资，合肥高投、哈工大机器人分别投资2000万、1000万，合肥高新区还给本源量子免费提供办公场所，就位于科大国盾、国仪量子所在的云飞路上。

有了技术积累和政策支持，本源量子成立后的第一个月就发布了基于量子指令集QRunes的量子计算云平台，这个量子指令集也是郭国平团队在国内的首创。到2018年1月的Beta2.0版本中，云平台正式上线了32位量子虚拟机。

而且本源量子的云平台完全向公众开放，用户可以自行编写和运行量子程序，编写好的量子程序会被发送到远程量子服务器上，在云端完成编译、执行与测量，最后的结果很快就传回本地。

2018年2月，本源量子首次吸引了IBM和Google的注意。本源量子利用64节点的计算机集群，成功实现了64量子比特的量子电路模拟，打破了IBM Q的56位仿真记录。

64-Qubit Quantum Circuit Simulation发表在arXiv上

此后，本源量子在量子计算领域创造了一个又一个的第一。国内首款量子软件开发包、全球首款量子计算云平台APP、国内首款量子计算机控制系统以及国内首次完整开发Shor算法自主知识产权应用程序，等等。

经过2年多的发展，本源量子已形成近百人的团队，其中八成左右是工程师。公司致力于打造从半导体量子芯片、测控一体机、量子语言、操作系统、云服务到整机的完整产业生态。

在量子芯片领域，本源量子成功研制国内唯一的半导体二比特量子处理器玄微XW B2-100与XW S2-200，平均相干时间小于20ns（纳秒）。

另外，本源量子的超导团队研制了第一代超导六比特量子芯片夸父KF C6-130，具备高达99.7%的单量子逻辑门保真度，与当前国际同类水平（99.94%）仅有一步之遥。

夸父KF C6-130

在量子测控领域，截至公司成立两周年，本源量子测控部开发出4大硬件产品类目，成功研发PyQCat软件，搭建完成15条产品线，申请专利66件。

值得一提的是，本源量子在2018年12月6日推出完全自主知识产权的首款国产量子控制系统——本源量子测控一体机OriginQ-AIO，可为国内量子计算研究和芯片研发工作提供先进的硬件平台和定制服务。

本源量子测控一体机OriginQ-AIO

目前的量子测控一体机版本可应用于超导以及半导体量子芯片、NEMS系统，后续还会相继推出适用于离子阱、金刚石等更多量子物理体系研究需要的系统级方案。

在量子软件领域，本源量子已初步建立了量子语言标准QRunes，开发了开源量子计算框架QPanda与pyQPanda（QPanda经过python封装），量子虚拟机EmuWare，量子学习机。

Qpanda为学术界和工业界准备的最强、最快、最好用的量子编程框架，也是世界上资料量最大的量子软件，配置有超10万字的用户文档、数十个官方教学系列视频。

本源量子学习机为量子计算行业学习和从业人员设计的完整的仿真环境，它致力于量子算法及量子软件的学习、培训、开发、实验、应用。

行业应用方面，2019年9月10日，本源量子推出世界上第一个量子计算机应用软件——化学应用系统ChemiQ，可用于模拟计算化学分子在不同键长下对应的能量，能够提供分子绘制、自动计算功能、功能配置、结果展示等功能。

量子化学应用ChemiQ

在量子云领域，本源量子计算云平台可提供量子计算的在线演示、教育及科普、量子云计算在线模拟服务，针对科研院所和高校提供提供量子计算解决方案，针对各类企业和专业人员提供基于量子处理器和量子模拟器的开发平台和生态系统等多种服务。

目前，本源量子已经与清华大学、中国科学技术大学、南京大学、电子科技大学、南方科技大学、中船重工709所等多所重点高校、研究机构、企业单位建立了稳定的产品供销关系。

成立不足三年的本源量子，俨然已成为量子计算领域的一匹黑马。截至2019年12月，本源量子拥有软硬件产品64件，申请商标146项，软件著作权27项，申请专利192项，获得授权63项。

本源量子创始人郭国平希望在量子计算领域，为国家“争”到足够多的核心专利，让中国在全球量子计算科研领域占有一席之地。

本源量子以推动中国量子计算产业化为己任，在专注于自身发展的同时，还成立了本源量子计算产业联盟OQIA。目前，OQIA成员企业（单位）已达11家，涉及包括海洋超算、轮船制造、传感应用、人工智能、金融建模、低温制冷、生物科技等多个领域。

世界上最大的量子产业联盟IBM Q Network目前已有100多家成员企业，中国的企业必须联合起来才有可能与之抗衡。因为量子计算涉及到芯片、测控、软件、算法和云平台等多个领域，这些工作不是本源量子一家就能完成的，这也是OQIA成立的初衷。

同时，郭国平也希望为外界提供更多接触量子计算的机会。因此，本源量子推出了包括本源量子教育平台、本源溯知APP、本源量子学习机以及《量子计算与编程入门》教材在内的多种量子教育产品。希望帮助量子计算从业者、爱好者构建一个完整的量子计算知识框架。

2019年，已有哈尔滨工程大学、南京航空航天大学、华中科技大学、西安电子科技大学和西安交通大学五所高校受赠本源量子学习机。

在西安交通大学的捐赠仪式上，本源量子联合创始人郭光灿院士表示，“本源量子期望通过自身努力，推进国内量子计算人才培养进程，吸引更多量子计算人才回流。”尽管本源量子囊括了中国大部分量子计算人才，但对推动中国量子计算的发展仍是杯水车薪。

作为量子计算领域的一匹黑马，本源量子成立不到三年就取得了举世瞩目的成果，但是距离实现量子计算机这一终极目标还很遥远。

而且不得不面对一个现实条件——国内量子硬件发展方面受传统半导体工艺影响，与国际上存在较大差距。这就造成了在量子算法的研究上，中国几乎和国外水平保持同步，但成品依然存在差距。

好的一面是，中国在相关领域正迎头赶上，比如，原材料从依赖国外进口已转变为由中科院物理所提供，而且材料性能也在改善。

在郭光灿、郭国平看来，“鹿死谁手还未可知！”

-End-

1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。