5月1日早晨8時40分,42歲的中國科學技術大學教授郭國平像以往的13個五一節一樣,踏入實驗室大門。

“啾啾啾”,這是壓縮機在“鳴叫”;“嗡嗡嗡”,這是真空泵在“和聲”……實驗室里各種儀器聲匯成的“交響樂”,在他耳中特別和諧。哪個“樂手”不在狀態,一聽即知。

壓縮機,轉速正常;真空泵,指標正常;液氮、液氦,液面高度正常……說起液氦,這可是讓郭國平14個五一節不能休息的“元兇”之一。量子計算的研究平臺,需要零下270攝氏度左右的環境。營造這樣的極低溫環境,一天需要消耗20多升液氦,而液氦偏偏又很貴,100多塊錢一升。

“我們有兩個研究平臺,也就是說,一天不干就要白扔五六千塊錢。如果關掉幾天再重啟,要幾萬塊錢。”郭國平說,為了不浪費科研經費,他的實驗室從2005年建立到現在,基本上全年無休,兩班倒24小時運行。“前五六年人少,主要是我一個人值班。后來同事、學生多了,我平時輕松一些,但是節假日要讓學生回家,還是我們當老師的值班。”

檢查完儀器儀表和前一天數據采集情況,郭國平開始準備芯片樣品。他花了1個多小時,在長寬不到一厘米的芯片板上,焊上50根線。然后來到另一個房間里的研究平臺,拆下懸在空中一米多高的圓柱形罐子,露出量子計算機的“真容”:一層一層金黃色的圓形面板,之間用柱子和密密麻麻的線束相連,像一個豪華大吊燈,又像一個多層的旋轉木馬。

郭國平把芯片樣品放進“大吊燈”,對接芯片和儀器儀表引線,啟動程序,開始測試芯片狀態。

20世紀80年代,諾貝爾獎獲得者理查德·費曼等人提出構想,基于兩個奇特的量子特性——量子疊加和量子糾纏構建“量子計算”。相比電子計算機,量子計算機理論上運算能力將有幾何級數的增長,被認為將是下一代信息革命的關鍵動力。

2005年,郭國平因為量子通信方面的科研成果獲得中科院院長特別獎,同年獲得中科大博士學位并留校工作。但是,他做出了一個一些人認為“很傻”的決定,放棄已經做得風生水起的量子通信研究,改做量子計算。

“那時候我真的被認為是‘愣頭青’。量子計算當時在國內的基礎近乎空白,與先發國家差距巨大,而且研究起來很花錢,又難出論文。”郭國平說,他之所以愿做“愣頭青”,是因為“這個東西對國家太重要了”。

此道不孤。在導師郭光燦院士等人支持推薦下,剛剛博士畢業的郭國平組建起量子計算研究小組。

研究量子計算機是一個系統工程,從芯片設計到納米加工、檢測、數據分析、軟件編程,涉及物理、微電子、機械、軟件等多個學科,而他們大多從頭干起。

“在實驗室從切割硅基板到做出芯片,一切順利的話,一個流程得三四天。”曾經是郭國平的學生、如今已留在實驗室工作的特任研究員李海鷗說,做芯片時要在密閉的超凈間里一呆十幾個小時,大多數時間必須站著,經常站得腿發抖。

經過艱苦努力,郭國平的研究小組2009年在國內首次實驗實現了量子霍爾效應。從2012年到2017年,他們先后實現了基于半導體的單比特、兩比特、三比特量子計算。實現國內零的突破,跟上了國際先進科研機構的節奏。

雖然進步很快,但郭國平認為仍然要承認與先進機構的差距。“我們起步晚、基礎差,別人經過的路甚至踏過的坑,我們也必須一一走過,才可能有技術積累。”郭國平說,要追上別人,造出真正有實用價值的量子計算機,唯有日夜兼程。