2022年北京“最美科技工作者”｜于海峰：下好量子计算“先手棋”

在北京市委宣传部、北京市科协等部门组织的遴选活动中，清华大学教授、中国工程院院士江亿等10名同志当选2022年北京“最美科技工作者”，并将作为2022年全国“最美科技工作者”候选人向中国科协推荐。让我们一起来了解最美科技工作者的感人事迹，体悟他们身上的“爱国、创新、求实、奉献、协作、育人”科学家精神。

为实现量子计算机的自主创新，于海峰及其团队首先建立起整条量子芯片生产流水线，逐渐摆脱对进口设备的依赖。

在新一轮科技革命和产业变革的前沿领域中，量子科技无疑是最炙手可热的方向之一。2021年中关村论坛上，“长寿命超导量子比特芯片突破500微秒大关”作为北京市的重大成果面向全球重磅发布，展现了北京高质量建设国际科技创新中心的阶段性成果。

北京量子信息科学研究院研究员于海峰，长期深耕量子信息领域，作为该科研成果团队的主要负责人，在日前北京市委宣传部、市科协等部门组织开展的遴选活动中，当选2022年北京“最美科技工作者”。

立下攻关“军令状”

来到北京前，于海峰在南京大学从事高校科研教学。2017年底，北京量子信息科学研究院院长、中科院院士、清华大学教授薛其坤（现南方科技大学校长）向于海峰递来“橄榄枝”，邀请他北上从事超导量子计算研究。一边是步入正轨的稳定生活，一边是未知的全新挑战，于海峰审慎思考后选择了后者，“超导量子计算从某种意义上讲，已经进入科学工程化阶段，和传统的科研模式有所不同，需要一个大的团队集中力量攻关，而新型研发机构集科研和工程于一体，是一个极佳的平台”，征得家庭的理解和同意后，于海峰便举家搬往北京。

来到北京量子信息科学研究院这一新型研发机构，首要之务是招兵买马。作为超导量子计算团队的负责人，于海峰快速组建了一支由30多人组成的科研团队。这是一支朝气蓬勃的青年团队，成员平均年龄30多岁，95%以上具有博士学位，30%以上具有海外留学背景，分别来自物理、电子、计算机等不同专业。

制造一台量子计算机涉及芯片、测控、电子学等多个模块，芯片是其中“卡脖子”的一环。为实现量子计算机的自主创新，于海峰及其团队首先建立起整条量子芯片生产流水线，其中绝大部分为国产化的自行组装设备，逐渐摆脱对进口设备的依赖。

▲于海峰在实验室（供图/于海峰）

量子计算有三个重要的指标：相干时间、保真度和比特数。围绕这三个指标，团队把科研进度逐层分解为1年期、2年期、5年期多个阶段，具体任务也不断细化，甚至每个攻关小组都立下了“军令状”。

量子芯片加工：从追赶到领跑

量子比特的寿命（相干时间）是量子计算重要的指标，它决定着量子门保真度、电路深度等一系列量子计算机的重要性能参数，是高质量量子芯片的必备条件。

2020年，美国普林斯顿大学研究组在预印本文库上传了一篇科研论文，他们使用钽（一种超导金属材料）膜工艺，把量子比特的寿命提高到360微秒的国际最高值，引起全世界领域内的广泛关注。相较之下，当时我国量子芯片一直徘徊在几十微秒，没有突破100微秒大关。

“外国人能做的，我们也一定能够攻关下来！”起步晚，并不意味着追不上。于海峰团队刚刚成立，就决定把相干时间这个硬骨头作为团队的第一个攻关目标。

与此同时，于海峰仔细研究普林斯顿大学的论文，发现他们的工艺还有不少提升空间，如薄膜的生长和刻蚀条件，原工艺中湿法腐蚀的方法并不适合后续规模化超导量子芯片的制备，如果要普及钽膜，干法刻蚀工艺是必须要解决的。

▲北京量子信息科学研究院超导量子计算实验室内，研究员正在进行科研工作（图片来源/视觉中国）

团队针对超导量子比特的工艺流程，联系国内厂商迅速装配出相关镀膜设备，并开始有针对性地研究。一开始，研究很不顺利，很难获得稳定的阿尔法相钽膜和比较规整的刻蚀界面，相干时间也得不到提升。那段时间，于海峰和团队成员几乎住在了单位，反复琢磨数据规律。“攻关的过程比较艰辛，我们经过了无数次的失败，甚至用上了地毯式的排查方法，终于在一个不起眼的细节处发现了一些蛛丝马迹，让我们掌握了高质量薄膜生长和刻蚀条件的规律。”于海峰说。

2021年的五一假期，实验室成功观测到了寿命超过500微秒的超导量子比特。最先看到这一结果的是研究员金贻荣，他立即将消息告知正在食堂吃饭的于海峰，“我跟于老师一说，于老师饭都不吃了，马上跳起来回实验室去了。”

500微秒，是当时国际文献报道的最高值，标志着我国量子芯片的质量得到了阶跃式提升。两星期后，于海峰团队的文章在预印本文库上公开，引起国际同行的密切关注，纷纷来电来函询问细节。这表明，我国在超导量子芯片的质量上已经走到了国际最前列。

下好“先手棋”

“如果把一个好的科研成果比作一台机器，那么每一个科研工作者就是其中一个部件。”于海峰认为自己只是首都千千万万科技工作者中的普通一员，荣获2022年北京“最美科技工作者”，不仅是他个人的荣誉，更是团队和单位的荣誉。

助理研究员韩佳秀自2020年博士毕业后，就加入了于海峰的团队。她坦言科研工作者的真实工作状态并非外人想象的那般有趣，“在我们日常工作中，成果出现的概率其实远低于失败的概率，大多数时候我们维持一个高度紧张的状态，日复一日重复规定的工作，经常看不到什么好的成果。但只要我们一直坚守，认真对待，总有一天成果会找到我们。”

韩佳秀还戏称于海峰为“工作狂魔”。该称号如何得来？原来于海峰刚来到量子研究院的时候，总是半夜1点多回家，并长期维持了这一习惯。没有加班任务，这完全是他兴趣使然的自发行为。“我是幸运的，因为自己的爱好和职业是重合的。”于海峰说。

累并快乐着，是所有团队成员的真实写照，而努力终有回报。在保真度方面，实现了国际最高保真度99.992%的单量子比特门操控和保真度99.54%的两比特门操控；在多比特集成方面，利用倒装焊工艺，研制出面向规模化的真空电容量子比特，为大规模量子比特的集成解决了相干时间短和尺寸拥挤的障碍；在多比特方面，现在他们正在冲击多比特的实验，力争早日进入“多比特国际俱乐部”；在应用领域，2021年5月超导量子计算团队上线了北京首个量子计算云平台，该平台在上线1个月内就执行了1000次以上企业和科研单位的量子计算任务，京东研究院成功利用此云平台开展图像分类识别的机器学习研究，培育了企业用户。

尽管在量子计算科研领域已取得系列突破，于海峰坦言，量子科技目前仍处在研发前期阶段，离实际应用和产业化还有很长的一段路要走。那么团队做科研的意义何在？

2019年，科技巨头谷歌宣布其研发的量子计算机成功在3分20秒时间内，完成传统计算机需1万年时间处理的问题，并声称在全球首次实现“量子霸权”；2021年，中科大团队的“九章”和“祖冲之二号”也完成了这一具有里程碑意义的工作。事实证明，利用量子力学规则，确实能够解决当前经典计算机无法处理的复杂难题。

▲世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在我国诞生（图片来源/视觉中国）

“量子计算机是‘二次量子革命’的代表性产品，其计算能力随着比特数目的增加呈指数增长，可用于气象预报、金融分析、药物设计、揭示新能源新材料机制等多种应用。”下好“先手棋”，才能更好地赢得主动、抢得先机。征途漫漫，于海峰及其团队朝着量子比特的长寿命目标奋进不息。

撰文/记者 李慧 图文编辑/陈永杰

新媒体编辑/吕冰心

出品：科普中央厨房

监制：北京科技报 | 北科传媒

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