离子阱量子计算系统工程师如何"囚禁"离子创造算力奇迹,揭秘国内首台低温芯片型量子计算机的研发与应用前景

2025-09-28 12:34:02 8549次浏览

  

在合肥幺正量子科技有限公司的实验室中,30岁的陶思景全神贯注地注视着屏幕上不断变化的数据流,面前巨大的量子机箱散发着冷冽的金属光泽。作为离子阱量子计算系统工程师,他手中摆弄的并非普通零件,而是能够精准"锁定"原子级粒子的精密装置。这些被束缚的离子,被他形象地称为能够创造计算奇迹的"超级牛马"。

"就像在微观世界设置一个'陷阱',利用电磁力将离子固定在特定位置,再用激光进行操控。"陶思景生动地解释道。这些被束缚的离子以量子态作为计算单元,在某些特定领域能够展现出远超经典计算机的指数级运算速度。这并非科幻场景,而是他日常工作的真实写照。

陶思景在工作中

"量子计算有多种实现路径,离子阱技术是我们非常看好的方向。"陶思景指着正在设 计的离子阱设备介绍道,设备上的方形凸起就是一个个观测装置。

"通过电磁力将离子固定在特定位置形成'离子阱',这些被束缚的离子就像一个个'超级牛马',利用其量子态实现量子比特运算。在密码破译、线性方程组求解和量子化学模拟等领域,其运算能力相较经典计算机可实现指数级提升。"

目前,他所在团队研发的离子阱芯片是芯片型离子阱量子计算机的核心部件,采用微纳加工工艺,仅需芯片上的数十个电极就能实现复杂可调的电场,精确控制离子空间位置。幺正量子的离子阱芯片加工工艺已达到世界先进水平,为高保真相干操控奠定了坚实基础。

通过精确调控离子空间位置实现大规模量子计算的QCCD(量子电荷耦合装置)路线,被认为是当前最具潜力的大规模量子计算实现方案。幺正量子的芯片型离子阱量子计算机正是采用这一技术路线。

幺正量子实验室区域

整个系统就像一条精密的生产线:离子是待加工的零件,操控激光则是加工设备。离子按照预设的量子线路被传送到指定位置,接受激光操控。这种化繁为简的现代操控方式,正是QCCD路线成为最具潜力方案的重要原因之一。

据介绍,陶思景团队已成功研制出国内首台低温芯片型离子阱量子计算原型机,以离子阱芯片为核心,整合了精密光学、先进电子学、量子测控、精密温控和低温恒温五大子系统。

该系统未来可为高校、科研机构提供量子真机服务,也可与超级计算机结合,应用于生物医药、新材料、电力能源、金融安全、低空经济和装备仿真等多个领域。

"根瘤菌能将空气中的氮气转化为植物可吸收的氮肥。这种神奇的固氮反应机制至今尚未完全阐明,量子计算机可以快速模拟这种催化过程,助力人工固氮研究。"陶思景举例说,经典计算机处理这类量子化学问题耗时费力,而量子计算机能直接模拟量子过程,"就像让专业人士做专业事,既快又准"。

"从事这个行业,首先要坚定实现量子计算的信念。"陶思景表示,这是一项从零开始的"造物"工程,是真正的前沿硬科技,带来的成就感无可比拟。它要求从业者既要有扎实的量子理论基础和实验技能,又要具备强烈的探索精神。

幺正量子科技成立于2022年7月,是科大硅谷首批赋权企业中唯一专注量子计算的企业。陶思景从公司筹备期就参与理论研究,博士毕业后专注于工程化实现工作。

"量子计算机不会完全取代传统计算机,而是一个渐进式的变革过程。"陶思景认为,就像AI技术一样,量子计算也将以工具的形式逐步改变人类生活。未来,量子计算机将与经典计算机相辅相成,共同推动科技进步。

实验室里,量子机箱静静运转,其中的"超级牛马"们正在进行高速运算。像陶思景这样的年轻科研人员,正用代码和激光,书写着量子时代的新篇章。

[职业名片]离子阱量子计算系统工程师:

作为量子计算领域的关键岗位,离子阱量子计算系统工程师主要负责离子阱量子计算系统的设计、开发和优化工作。

职责包括:

1. 负责离子阱系统平台的设计与调试,确保系统性能达标,协调研发团队完成平台开发与集成;

2. 规划离子阱平台技术路线,制定短期和长期发展计划,评估新技术的应用潜力;

3. 优化附属光学系统,在简化光路设计的同时提升系统稳定性和性能指标;

4. 设计和开发电子学控制系统,实现相关硬件设计;

5. 负责真空系统设计与研发,参与量子计算系统小型化的机械结构设计与搭建。(记者张毅璞)

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