在大多數(shù)人印象中，山西的標(biāo)簽是厚重的煤炭與悠久的古建。然而，近日，一枚來(lái)自世界科學(xué)巔峰的“勛章”，為這里增添了全新的量子之光的名片。11月28日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）發(fā)表了一項(xiàng)突破性研究成果：在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)并探測(cè)了拓?fù)浔Ｗo(hù)的超導(dǎo)量子比特新奇物態(tài)。這項(xiàng)研究的背后，是山西大學(xué)光量子技術(shù)與器件全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)超導(dǎo)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)的緊密合作。11月29日，山西晚報(bào)·山河＋記者獨(dú)家采訪了這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人之一——山西大學(xué)光量子技術(shù)與器件全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授梅鋒。

“造輪子”的競(jìng)賽：

為量子計(jì)算機(jī)穿上“防彈衣”

這項(xiàng)聽(tīng)起來(lái)極為高深的研究，究竟有何意義？山西晚報(bào)·山河＋記者在山西大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里，采訪了梅鋒。他用一個(gè)生動(dòng)的比喻揭開(kāi)了“拓?fù)洹钡纳衩孛婕??！澳憧梢园淹負(fù)淅斫獬梢环N‘形狀的本質(zhì)’?！泵蜂h解釋道，“一個(gè)茶杯和一個(gè)面包圈，在拓?fù)渖鲜恰粯印?，因?yàn)樗鼈兌加幸粋€(gè)洞。無(wú)論你怎么拉伸、扭曲，這個(gè)洞都不會(huì)消失。這種在變化中保持不變的特性，就是‘拓?fù)浔Ｗo(hù)’?！?/p>

這一特性和量子計(jì)算機(jī)關(guān)系密切。談及量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，梅鋒用了一個(gè)形象的比喻：“當(dāng)前世界最先進(jìn)的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)，隨著算力的強(qiáng)大需要很大空間來(lái)容納所有的機(jī)柜和冷卻系統(tǒng)。但未來(lái)，一臺(tái)或許只有我們現(xiàn)在服務(wù)器機(jī)柜大小的量子計(jì)算機(jī)，其算力就能輕松超越前者?！边@種指數(shù)級(jí)的算力飛躍，根源在于兩者原理的根本不同。

當(dāng)前全球競(jìng)相研發(fā)的量子計(jì)算機(jī)，雖然擁有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的算力，但其核心單元“量子比特”卻極其脆弱，像溫室里的花朵，容易受外界環(huán)境干擾而出錯(cuò)?！拔覀兊难芯?，就是要為這些‘脆弱’的量子比特尋找甚至創(chuàng)造一種具有拓?fù)浔Ｗo(hù)特性的新材料或新?tīng)顟B(tài)，就像為它穿上了一件強(qiáng)大的‘防彈衣’，讓它能抵抗干擾，穩(wěn)定工作。這是實(shí)現(xiàn)下一代‘通用容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)’的關(guān)鍵一步?！?/p>

梅鋒表示，“我們現(xiàn)在這項(xiàng)工作，就好比在造量子計(jì)算機(jī)這個(gè)宏大工程中造一個(gè)關(guān)鍵‘輪子’的工作，實(shí)則是當(dāng)前國(guó)際科學(xué)界競(jìng)爭(zhēng)最激烈的焦點(diǎn)之一，其難度猶如摘取‘學(xué)術(shù)王冠上的明珠’?！?/p>

“國(guó)家隊(duì)”中的山西力量：

助力超導(dǎo)量子芯片“領(lǐng)跑”

這項(xiàng)研究依托的是我國(guó)自主研發(fā)的“祖沖之2號(hào)”超導(dǎo)比特量子信息處理器。超導(dǎo)量子比特也被授予了2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這一領(lǐng)域的研究者都知道，在該領(lǐng)域，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉院士團(tuán)隊(duì)是當(dāng)之無(wú)愧的“國(guó)家隊(duì)”。那么，山西大學(xué)團(tuán)隊(duì)在其中扮演了怎樣的角色？

“計(jì)算機(jī)的硬件主要由‘國(guó)家隊(duì)’的伙伴們負(fù)責(zé)加工制造，這本身就是一個(gè)極其復(fù)雜的工程?！泵蜂h表示，“而我省的核心貢獻(xiàn)在于——發(fā)展了實(shí)現(xiàn)拓?fù)浔Ｗo(hù)的超導(dǎo)量子比特物態(tài)新原理，為設(shè)計(jì)新一代拓?fù)浔Ｗo(hù)超導(dǎo)量子比特芯片奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。簡(jiǎn)單說(shuō)，我們將拓?fù)浔Ｗo(hù)的新原理，引入到量子比特芯片中，從而提升量子芯片抗環(huán)境干擾的魯棒性（指系統(tǒng)或模型在面對(duì)不確定性、干擾或異常情況下，保持其功能和性能穩(wěn)定的能力），實(shí)現(xiàn)拓?fù)浔Ｗo(hù)的量子計(jì)算。”

這種強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，使得中國(guó)團(tuán)隊(duì)在全球范圍內(nèi)首次成功觀測(cè)到量子比特高階拓?fù)湮飸B(tài)，實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”到在某些關(guān)鍵點(diǎn)上“并跑”乃至“領(lǐng)跑”的跨越。梅鋒表示，這充分證明了山西大學(xué)在該領(lǐng)域的深厚積累與創(chuàng)新能力。

“勤能補(bǔ)拙”的堅(jiān)守：

每天14小時(shí)的“山西科研節(jié)奏”

目前，在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的是美國(guó)谷歌和我國(guó)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)。面對(duì)谷歌這樣的科技巨頭，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)靠什么實(shí)現(xiàn)突破？梅鋒說(shuō)，“我們依靠的是時(shí)間、組織協(xié)作，以及持續(xù)追求創(chuàng)新的信念?！?/p>

“我們的工作狀態(tài)基本是從早上8點(diǎn)到晚上10點(diǎn)，每天大約14個(gè)小時(shí)?！泵蜂h說(shuō)，“這在我們實(shí)驗(yàn)室是常態(tài)，國(guó)內(nèi)很多頂尖團(tuán)隊(duì)也保持著相似的節(jié)奏。在全球科技競(jìng)賽中，我們能把握的，就是投入更多時(shí)間、持續(xù)不懈地追求?！?/p>

梅鋒所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)十分年輕，主要由博士和碩士研究生組成。在平時(shí)研發(fā)中，他堅(jiān)持每周與每位學(xué)生“一對(duì)一”深入交流，每次討論持續(xù)數(shù)小時(shí)，以確保每個(gè)研究方向都能精準(zhǔn)推進(jìn)。在他看來(lái)，山西大學(xué)擁有的光量子技術(shù)與器件全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室這一國(guó)家級(jí)平臺(tái)，是團(tuán)隊(duì)能夠潛心從事前沿探索的堅(jiān)實(shí)后盾。

為山西爭(zhēng)光：

不斷自主創(chuàng)新邁向量子前沿

采訪中，梅鋒并不諱言在我省從事前沿科研所面臨的挑戰(zhàn)，包括資源相對(duì)緊張、外界關(guān)注度不高等。但正是這份在“不容易”環(huán)境中取得的突破，更顯其含金量。

“很多人會(huì)覺(jué)得，這么前沿的東西，肯定發(fā)生在國(guó)內(nèi)的發(fā)達(dá)城市。但我們用實(shí)實(shí)在在的成果證明了，在山西，我們同樣可以做出一流的世界級(jí)科研成果?！泵蜂h說(shuō)，“這項(xiàng)成果是‘四個(gè)面向’中‘面向世界科技前沿’的生動(dòng)實(shí)踐。它屬于中國(guó)，也屬于山西?！?/p>

這篇刊登于《科學(xué)》的論文，不僅是一項(xiàng)學(xué)術(shù)突破，更能彰顯我省在量子信息技術(shù)科技創(chuàng)新的新賽道上悄然發(fā)力，穩(wěn)步前行。這支扎根于黃土高原的“量子團(tuán)隊(duì)”，正用他們的智慧與汗水，為國(guó)家貢獻(xiàn)著不可或缺的“山西力量”。

來(lái)源：山西晚報(bào)·山河+

記者：張磊