带领团队攻关量子计算，王浩华荣获2022科学探索奖

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发布时间：2022-09-16

今天上午，2022“科学探索奖”获奖名单揭晓。作为一项由科学家主导的公益奖项，“科学探索奖”秉承“面向未来、奖励潜力、鼓励探索”的宗旨，鼓励青年科技工作者心无旁骛地探索科学“无人区”。奖项面向基础科学和前沿技术的十个领域，每年遴选不超过50位获奖人，每位获奖人将在5年内获得总计300万元人民币奖金，是目前国内金额最高的青年科技人才资助计划之一。

光子盒注意到，今年“科学探索奖”，从事超导量子计算和量子模拟研究的浙江大学王浩华教授荣获数学物理学奖[1]。

王浩华，浙江大学物理学院教授、博士生导师

七年潜心科研，一举打破世界纪录

目前国内的量子计算研究团队中，王浩华团队是一支不容忽视的力量。王浩华和他一手创建的团队在国际上首次制备了10和20超导比特纠缠态，在浙江大学建立了超导量子芯片的全流程制备工艺，研发天目1号、莫干1号两款芯片，并基于超导多比特集成器件构建了量子模拟机用于研究多体物理中的重要科学问题，包括今年7月拓扑时间晶体的成果。

王浩华的履历并不复杂，出生于1977年，1999年南开大学物理系学士，2006年获得美国宾夕法尼亚州立大学物理系博士学位。2007-2010年美国加州大学圣塔芭芭拉分校物理系博士后，然后回国加入浙江大学，直到今天。

博士后期间，王浩华加入了大名鼎鼎的John Martinis团队，在量子计算历史上，Martinis的名字可能永远会被铭记，他是超导量子计算的先驱，也是谷歌“量子霸权”的缔造者。

当时的王浩华可能不会想到几年后不仅与导师Martinis同场竞技，甚至还实现了对导师的超越。

2010年底，王浩华从零开始组建超导量子计算和量子模拟实验团队，浙江大学第一次有了量子计算研究团队。经过七年潜心研究，王浩华团队一鸣惊人。

2017年，王浩华与中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、陆朝阳、福州大学郑仕标、中科院物理所郑东宁等合作，通过高精度脉冲控制和全局纠缠方案，实现了当时世界上最大数目的10个超导量子比特的纠缠，打破了之前由谷歌/加州大学圣塔芭芭拉分校Martinis保持的记录。

2019年，王浩华团队又与中科院物理所、中科院自动化所、北京计算科学研究中心等国内单位共同合作，再次刷新记录——开发具有20个超导量子比特的量子芯片，并成功操控其实现全局纠缠。

实现20个量子比特纠缠的超导量子芯片

建立超导量子芯片全流程制备工艺

2016年开始，以IBM为代表的商业公司一直在推动量子计算从实验室走向市场。王浩华和他的团队也抓住机遇，不断攻坚克难，目前已拥有从超导量子芯片设计、制备、封装到测控的全栈式研发能力，国际先进水平的集成化量子测控平台，可以实现多种复杂的量子实验。

2021年，浙江大学杭州国际科创中心量子计算创新工坊成立，该中心为量子技术研发提供全方位保障，研发团队规模再次扩大。

从2021年底开始，王浩华团队进入集中收获期。首先是发布了天目1号、莫干1号两款芯片，其中莫干1号是一款专用量子芯片，采用了全连通架构，适用于实现针对特定问题的量子模拟和量子态的精确调控。“天目1号”芯片面向通用量子计算，采用了较易扩展的近邻连通架构。为执行相对复杂的量子门电路算法，“天目1号”上共集成36个超导量子比特。

对于这两款芯片，该团队表示，“莫干”“天目”对应着浙江名山：莫干山、天目山，象征着量子团队希望立足浙江、服务全国、面向世界的雄心壮志！

在此成果的基础上，浙江大学计算机科学与技术学院尹建伟团队开发了超导量子计算云平台——“太元一号”，该平台利用可视化的编程环境，可远程访问“天目1号”量子芯片。

创造全新物质：拓扑时间晶体

更值得一提的是，2022年7月，依托“天目1号”超导量子芯片，取得了一项震惊世界的成果。王浩华和他的学生王震等人与清华大学交叉信息研究院邓东灵研究组等合作，在超导量子芯片上首次采用全数字化量子模拟方式展示了一种全新的物质——拓扑时间晶体[2]。

论文通讯作者之一、浙江大学特聘研究员王震说[3]，“常规的时间晶体已在某些实验平台中实现，我们想做别人没有做过的。”2年前偶然得知清华大学的邓东灵老师想做“拓扑时间晶体”，他们觉得很有吸引力，并与之开展合作，尝试在“天目1号”超导量子芯片上创造这类全新的时间晶体。

王震介绍，量子计算是通过在量子比特上执行逻辑操作，也就是量子门实现的。不同量子门组合成不同的算法“积木”，用于搭建科学家心目中的“建筑”。浙大研究团队就在倾心打造通用性更高的量子“积木”。“当要解决具体的问题时，只需要调用组合不同的‘积木’，而不需要更换芯片。”论文共同第一作者、浙大物理学院的博士生张叙和邓金凤认为，数字化量子模拟是一条通往通用量子计算的必经之路。

在评估了邓东灵研究组提出的精妙构思后，王震、王浩华研究组首次尝试了“全数字化量子模拟”的实验方案，使用超导量子芯片（“天目1号”）上的26量子比特，通过深度高达240层的量子门线路实现了邓东灵老师所设想的全新的时间晶体。这一联合研究团队首次成功模拟了一个26个“准粒子”组成的链状拓扑时间晶体，通过调制系统扰动，实验成功刻画该拓扑相与平庸热化相的边界。这就有点类似于一排小朋友听着耳机转圈圈，即使音乐的节奏变了，仍可观察到一头一尾两个小朋友存在稳定的“默契”，周期性地呈现某种呼应。

王震研究员（左）与团队成员合影

对于王浩华教授和浙江大学团队，王震这样评价[4]，“我觉得自己还算不上一个完全独立的研究者。但我很幸运，我们所处的浙江大学超导量子计算团队，在王浩华教授的领导下，聚集了一群优秀的人才，积累了非常丰富的技术储备。在这个领域里的每一次突破，都有赖于大家团结一致，集体攻坚的力量。超导量子计算技术涉及多学科交叉、技术复杂、攻关难度高，年轻人单打独斗或许很难有所突破，只有团结在一起共同发力，才有机会早日实现真正的量子计算机！”

除了祝贺王浩华教授获奖之外，从事量子材料研究的北京大学江颖教授和中科院物理研究所翁红明教授也荣获“科学探索奖”数学物理学奖。光子盒在此一并祝贺！