专访金贤敏：中国光量子计算属于国际第一方阵
2021-08-06 21:55:49 作者：佚名
“我觉得中国的光量子计算应该属于国际第一方阵，但是光子芯片这种底层技术我们还是有一些困难。”在上海举行的世界人工智能大会期间，图灵量子创始人、上海交通大学长聘教授金贤敏接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）专访时表示，“中国的芯片制备工艺、品控等习惯以及工程师的耐心和素养，我觉得还是需要追赶国外。”
7月8日到10日，2021世界人工智能大会在上海举行，大会以“智联世界 众智成城”为主题，围绕“AI赋能城市数字化转型”方向，探讨人工智能技术创新与产业落地的前沿进展。
在世界人工智能大会“量子计算与光子芯片论坛”期间，金贤敏告诉澎湃新闻记者，光子芯片和电子芯片的制造不同，中国和外国都是在零起跑线上比赛，外国不再有先发优势，发展光子芯片不会被“卡脖子”。
金贤敏也表示目前研究环境和产业转化环境良好，他说：“硬科技的从业者、踏实做研究的人，我觉得我们的机会来了。”
以下为专访实录：
澎湃新闻：光子集成芯片的原理是什么？
金贤敏： 可以认为光子集成芯片和电子芯片是一种对应关系。之前我们用的都是电芯片，把电子或者电信号在芯片上进行处理。随着电子芯片技术的发展，人们终于能够做到在芯片上操纵光子。
顾名思义，光子芯片是光的版本的电芯片。光信号以30万公里每秒的速度在指甲盖大小的线路中奔跑。光还可以出现干涉效应，这种效应和光的一些其他属性可以被利用来操控和处理信息。
澎湃新闻：光子芯片和现在的电子芯片在应用上的区别是什么？
金贤敏：电芯片的应用广泛，涉及我们生活的各个角落；光芯片现在是尝试用于解决一些卡脖子的问题。
比如，利用好光的相干、叠加属性，实现量子计算中指数级的算力提升。这种并行的指数级的算力提升，是光子芯片目前的一个主流研究方向，也是我们图灵量子正在做的事情。
我们也关注使用光量子芯片做一些“降维打击”的事情，比如，我们的三维光子芯片和大规模超快可编程的光子芯片，它在一些矩阵运算、光学神经网络，AI等相关领域有巨大作用。
澎湃新闻：目前，中国光子集成芯片技术和产业的水平和实力如何？在国际上处于什么样的水平？
金贤敏：我觉得中国的光量子计算应该属于国际第一方阵，但是光子芯片这种底层技术我们还是有一些困难。中国的芯片制备工艺、品控等习惯以及工程师的耐心和素养，我觉得还是需要追赶国外。
总体来说，光子芯片领域我们落后于发达国家，但是一些点上不落后。比如，我们在2018年制作的三维光子芯片应该是世界上最好的。三维光子芯片是光子芯片的一类，在这一类上我们花了4年时间把它打深打透，在三维光子芯片的规模和精度上基本上都做到了最好，至今未被人追上。
光子芯片和电子芯片制造不同。电子的波长非常短，可以做到纳米级或者一个纳米；光则是几百纳米级的，不能做特别小的。光子芯片在制造上没有一定要用14纳米或28纳米或7纳米工艺来做芯片的限制，而是说大家（国内外）都可能是100纳米制成，就看谁的工艺、设计好，看谁把光芯片跟光量子计算、应用算法、光学神经网络结合得好。等于说，我们现在从头开始，大家都在零起跑线上比赛。
我们现在可以做到“fabricate as design”，就是设计了就能做出来。
我们最近在做一个CMOS兼容的高速可编程光量子芯片，我觉得这是触及到最根本的、最难的地方。从18年到现在做了三年多了，我越来越有信心了，我们基于CMOS工艺高速可编程的光子芯片已经非常接近世界最高水平。
在我们社会创新氛围的支持下，我觉得我们一定能做到最好。
澎湃新闻：今年6月下旬，您的团队实现了室温宽带量子存储器嵌入的时间能量纠缠，这对于大规模的量子网络构建至关重要。能否介绍一下宽带存储量子网络？
金贤敏： 宽带量子网络就是量子互联网，将来的量子体系应该是一些连接的、具有很强算力的节点。连接使其互通互融，保证量子态信息的传输，同时又能进行联合计算，这种分布式（空间上大规模）互联的量子系统是未来量子互联网的雏形。
这应该是下一个颠覆性的技术。将来，不仅各个节点有很强的算力，而且能把各个节点连起来。这不仅能提升算力，而且能保证信息传输安全。
量子互联网现在处于雏形，但是我们已经在量子互联网走向室温的宽带上做了巨大努力。
室温是指能在日常环境、而非严苛超低温真空环境下运行，这是一项技术大规模应用的根本；宽带表示信息的带宽比较宽。这是一个全系统技术：怎么把光停下，在想要的时候取出，取出时信号还能保持量子态，同时这个系统还能在室温下运行。
这个工作很重要，我们付出了艰辛的努力才做出来。大家都知道这很重要，但是非常难。我们现在是国际上唯一做到长寿命、室温、宽带量存储的。
澎湃新闻：作为科研人员，您觉得目前量子技术领域的研究环境如何？
金贤敏： 环境很好。特别是对于硬科技的从业者、踏实做研究的人，我觉得我们的机会来了。
我们中国重视硬科技和前沿科技的布局。第一种硬科技是我们被卡脖子的、马上要解决的；第二种硬科技是未来2到3年、3到5年形成的硬科技，这些硬科技形成时，我们中国人不可以被卡脖子。
我觉得量子科技属于第二类，在未来3到5年可能会有突破，能够避免被卡脖子。我们现在就咬住光量子芯片从设计到流片的全流程，将来我们甚至公布一些PDK，支持别人围绕我们的芯片进行后期开发，形成生态和系统。
而且我们本身也在做产业，我觉得将来形成产业集群后，至少我们有选择的权利，有话语权。
澎湃新闻：在量子芯片领域，您觉得目前科学研究向产业转化的环境如何？
金贤敏： 我觉得投融资环境很好，我们总共见了20个投资人，有10个愿意投。有人说见了100个投资人，所以我讲到这个时候，很多人觉得我们在“凡尔赛”。
上海给了我们这么好的环境，只要你做的事情靠谱，别人进行尽调觉得你有一个靠谱、有战斗力的团队，那么你就会被认可。
政府也很积极的寻找国家有需求、有用的一些技术，这个也在慢慢变好。
但还是有一些保守的势力对新科技嗤之以鼻，他们总是想一些比较简单的，比如怎么消费级、怎么物流创新。
我觉得那方面的创新很重要，我也是受益者，但是中国不能缺硬科技。所以我做了交大的终身教授后，还是决定做这件事情（创业），觉得不能辜负这个时代。
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图灵量子创始人、上海交通大学长聘教授金贤敏
根据上海交通大学官网的介绍，金贤敏是长聘教授 (Tenured Professor)，博士生导师，曙光学者、上海青年科技英才、唐立新优秀学者奖、上海科技启明星获得者，区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室学术带头人，上海交大集成量子信息技术研究中心（IQIT）主任。7月8日到10日，2021世界人工智能大会在上海举行，大会以“智联世界 众智成城”为主题，围绕“AI赋能城市数字化转型”方向，探讨人工智能技术创新与产业落地的前沿进展。
在世界人工智能大会“量子计算与光子芯片论坛”期间，金贤敏告诉澎湃新闻记者，光子芯片和电子芯片的制造不同，中国和外国都是在零起跑线上比赛，外国不再有先发优势，发展光子芯片不会被“卡脖子”。
金贤敏也表示目前研究环境和产业转化环境良好，他说：“硬科技的从业者、踏实做研究的人，我觉得我们的机会来了。”
以下为专访实录：
澎湃新闻：光子集成芯片的原理是什么？
金贤敏： 可以认为光子集成芯片和电子芯片是一种对应关系。之前我们用的都是电芯片，把电子或者电信号在芯片上进行处理。随着电子芯片技术的发展，人们终于能够做到在芯片上操纵光子。
顾名思义，光子芯片是光的版本的电芯片。光信号以30万公里每秒的速度在指甲盖大小的线路中奔跑。光还可以出现干涉效应，这种效应和光的一些其他属性可以被利用来操控和处理信息。
澎湃新闻：光子芯片和现在的电子芯片在应用上的区别是什么？
金贤敏：电芯片的应用广泛，涉及我们生活的各个角落；光芯片现在是尝试用于解决一些卡脖子的问题。
比如，利用好光的相干、叠加属性，实现量子计算中指数级的算力提升。这种并行的指数级的算力提升，是光子芯片目前的一个主流研究方向，也是我们图灵量子正在做的事情。
我们也关注使用光量子芯片做一些“降维打击”的事情，比如，我们的三维光子芯片和大规模超快可编程的光子芯片，它在一些矩阵运算、光学神经网络，AI等相关领域有巨大作用。
澎湃新闻：目前，中国光子集成芯片技术和产业的水平和实力如何？在国际上处于什么样的水平？
金贤敏：我觉得中国的光量子计算应该属于国际第一方阵，但是光子芯片这种底层技术我们还是有一些困难。中国的芯片制备工艺、品控等习惯以及工程师的耐心和素养，我觉得还是需要追赶国外。
总体来说，光子芯片领域我们落后于发达国家，但是一些点上不落后。比如，我们在2018年制作的三维光子芯片应该是世界上最好的。三维光子芯片是光子芯片的一类，在这一类上我们花了4年时间把它打深打透，在三维光子芯片的规模和精度上基本上都做到了最好，至今未被人追上。
光子芯片和电子芯片制造不同。电子的波长非常短，可以做到纳米级或者一个纳米；光则是几百纳米级的，不能做特别小的。光子芯片在制造上没有一定要用14纳米或28纳米或7纳米工艺来做芯片的限制，而是说大家（国内外）都可能是100纳米制成，就看谁的工艺、设计好，看谁把光芯片跟光量子计算、应用算法、光学神经网络结合得好。等于说，我们现在从头开始，大家都在零起跑线上比赛。
我们现在可以做到“fabricate as design”，就是设计了就能做出来。
我们最近在做一个CMOS兼容的高速可编程光量子芯片，我觉得这是触及到最根本的、最难的地方。从18年到现在做了三年多了，我越来越有信心了，我们基于CMOS工艺高速可编程的光子芯片已经非常接近世界最高水平。
在我们社会创新氛围的支持下，我觉得我们一定能做到最好。
澎湃新闻：今年6月下旬，您的团队实现了室温宽带量子存储器嵌入的时间能量纠缠，这对于大规模的量子网络构建至关重要。能否介绍一下宽带存储量子网络？
金贤敏： 宽带量子网络就是量子互联网，将来的量子体系应该是一些连接的、具有很强算力的节点。连接使其互通互融，保证量子态信息的传输，同时又能进行联合计算，这种分布式（空间上大规模）互联的量子系统是未来量子互联网的雏形。
这应该是下一个颠覆性的技术。将来，不仅各个节点有很强的算力，而且能把各个节点连起来。这不仅能提升算力，而且能保证信息传输安全。
量子互联网现在处于雏形，但是我们已经在量子互联网走向室温的宽带上做了巨大努力。
室温是指能在日常环境、而非严苛超低温真空环境下运行，这是一项技术大规模应用的根本；宽带表示信息的带宽比较宽。这是一个全系统技术：怎么把光停下，在想要的时候取出，取出时信号还能保持量子态，同时这个系统还能在室温下运行。
这个工作很重要，我们付出了艰辛的努力才做出来。大家都知道这很重要，但是非常难。我们现在是国际上唯一做到长寿命、室温、宽带量存储的。
澎湃新闻：作为科研人员，您觉得目前量子技术领域的研究环境如何？
金贤敏： 环境很好。特别是对于硬科技的从业者、踏实做研究的人，我觉得我们的机会来了。
我们中国重视硬科技和前沿科技的布局。第一种硬科技是我们被卡脖子的、马上要解决的；第二种硬科技是未来2到3年、3到5年形成的硬科技，这些硬科技形成时，我们中国人不可以被卡脖子。
我觉得量子科技属于第二类，在未来3到5年可能会有突破，能够避免被卡脖子。我们现在就咬住光量子芯片从设计到流片的全流程，将来我们甚至公布一些PDK，支持别人围绕我们的芯片进行后期开发，形成生态和系统。
而且我们本身也在做产业，我觉得将来形成产业集群后，至少我们有选择的权利，有话语权。
澎湃新闻：在量子芯片领域，您觉得目前科学研究向产业转化的环境如何？
金贤敏： 我觉得投融资环境很好，我们总共见了20个投资人，有10个愿意投。有人说见了100个投资人，所以我讲到这个时候，很多人觉得我们在“凡尔赛”。
上海给了我们这么好的环境，只要你做的事情靠谱，别人进行尽调觉得你有一个靠谱、有战斗力的团队，那么你就会被认可。
政府也很积极的寻找国家有需求、有用的一些技术，这个也在慢慢变好。
但还是有一些保守的势力对新科技嗤之以鼻，他们总是想一些比较简单的，比如怎么消费级、怎么物流创新。
我觉得那方面的创新很重要，我也是受益者，但是中国不能缺硬科技。所以我做了交大的终身教授后，还是决定做这件事情（创业），觉得不能辜负这个时代。
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