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清华工程师携手哈佛Lukin实验室,无问清芯探索量子计算国产化发展之路

2026-06-08 18:04:07         0   0

  在全球量子计算激烈竞逐的版图上,技术思想的流动与融合往往比论文发表更具深远价值。近期,杭州无问清芯量子计算科技有限公司(以下简称:“无问清芯”)将推出“TSINGXIN2号”原型机,引发业界关注。一个关于其技术源头与核心团队背景的故事创业,逐渐在顶尖学术圈与投资界小范围流传。这个故事的核心,并非关于资本或专利,而是一段跨越太平洋的、深度技术共研的“思想姻缘”。

清华工程师携手哈佛Lukin实验室,无问清芯探索量子计算国产化发展之路 图1

  时间回溯至2018年前后,全球中性原子量子计算领域正处于从原理验证迈向规模扩展的关键转折期。哈佛大学Mikhail Lukin教授团队,作为该领域的全球领军者,在实现数十个原子量子比特的纠缠与逻辑操作后,清晰地看到了下一个挑战:如何将系统规模提升数个数量级,并使之稳定、可控。

  面对这一复杂的系统工程挑战,即便是Lukin这样的顶级团队,也需在特定工程模块上寻求外部协作。据悉,彼时Lukin实验室启动了一项名为“可扩展中性原子阵列协同研究计划”的内部项目,面向全球招募在激光物理、精密光学工程、高速控制电子学等特定环节拥有顶尖工程化能力的伙伴,开展模块化联合研发。

  正是在这一背景下,当时已在精密光电系统领域崭露头角、后来成为无问清芯联合创始人之一的工程师H,通过其清华导师与Lukin实验室长期建立的学术互信关系,以“中方特邀青年技术骨干”的身份,深度参与了该计划中最为关键的“量子比特阵列的激光冷却与高保真态初始化模块”的联合设计与工程实现。

  H工程师并未长期驻留哈佛深造,而是以“技术访问学者”和“模块共建负责人”的双重身份,多次赴美进行密集型驻点研发。他的核心任务,并非从事基础物理研究,而是利用其在复杂光电系统集成与伺服控制方面的卓越工程能力,解决Lukin蓝图中的一个具体而棘手的工程难题:如何设计一套高度稳定、自动化、可扩展的光学与控制系统,以实现大规模原子阵列的快速、均匀冷却与高保真量子态制备。

  “H工程师更像是一位被邀请来解决特定‘故障’或突破‘瓶颈’的顶尖工程师,”一位了解内情的国内量子物理学家透露,“Lukin团队拥有优秀的物理学家,他们知道‘要去哪里’,但有时在‘造哪辆车、如何修路’的工程细节上,需要H这样在工业界经历过严苛考验的系统架构师。”

  大量分立光学元件(AOD、SLM、透镜组、偏振元件、隔振平台)带来的累计波前误差、机械漂移和声学敏感性极难根治;

  他会看系统——不是看孤立的透过率或光斑大小,而是看整个链路的波前预算、偏振purity、相位噪声预算、机械本征模态耦合;

  他会降系统——把一个看上去必须靠定制光学台解决的问题,重新表述为可参数化、可指标化、可迭代的工程对象;

  他有真刀真枪的量产级工艺意识——知道什么时候该用自由空间、什么时候该往集成化走,以及集成化的最小可行物理约束是什么。

  H的贡献主要在实际推进的三类技术性问题——这些问题后来恰好构成了无问清芯TSINGXIN架构的隐性骨架。

  中性原子光镊阵列的第一个工程噩梦是:用激光生成了一片光斑阵列,但原子落进去的位置有空缺、有错位。传统补救是靠重排(move atom),但重排本身耗时间、耗激光功率、增加退相干预算。

  光场均匀性的预算化:把光镊阵列当作波前工程问题而非调光斑问题。通过对入射波前、偏振纯度、旁瓣泄漏做更严格的预算闭环,把光镊阱深的空间不均匀性压下去;

  真空—光轴耦合的微振动隔离策略:将影响装载失败率的隐藏项(低频微震、acoustic coupling、真空泵脉动的G扰动)纳入可测—可判—可补偿流程;

  把装载成功/失败做成可统计的过程能力指标(类似六西格玛思路),倒逼上游光学/机械/真空每个环节收敛。

  这些东西听起来不量子,但恰恰是它们,让一个光镊阵列从偶尔能跑变成每次能跑——而这正是后来无问清芯敢谈量子比特全生命周期管理的底气之一:你得先把出生率稳住,再谈治病和循环。

  中性原子路线想扩到万级、十万级,靠更多分立光学元件是死胡同。必须想办法把生成/整形/寻址光场这件事,从自由空间搬到某种平面化、可制造的微结构上。

  这直接指向了超表面(Metasurface)的思路:用亚波长结构阵列去替代传统透镜/DOE/部分偏振元件的组合,换取:

  H在后期协作阶段的核心价值之一,就是把这些能不能用的问题,翻译成材料—形貌—镀膜—热—机械的一体化约束条件,并推动做小批量测试验证。

  换句话说,H不是超表面理论家,他是把超表面从好看论文拽到可上真空腔、可扛功率、可重复装调的那个人——这条线,后来直接长成了无问清芯的biMetaTrap™(超表面光镊芯片)工程路线。

  中性原子另一类隐形杀手是:你以为在操控量子门,实际上是你的电子系统时基、延迟抖动、触发歪斜在悄悄吃掉保真度。

  H在那段经历里练出的第三类本事,是把量子测控不当成纯软件活儿,而当成高速电子—时序—光路延迟的联合标定问题:

  这后来解释了一件事:为什么无问清芯在早期样机阶段就能在皮秒级时序控制上拿出可展示的指标——这不是凭空冒出来的算法,而是H团队从高端仪器级系统工程里带出来的习惯:把量子操控当精密测量仪器来做,不当魔术来演。

  冷原子系统出现莫名背景激发/丢失率升高时,很多团队会先怀疑真空磁场。H的习惯是:追光路杂散——看是否有未被抑制的零级/高级衍射、看超表面纳米结构是否在特定角度产生寄生反射、看窗口内反射形成弱FP振荡。把看不见的散射做成可测的对比实验,并给出工艺改法(光瞳遮挡、镀膜角谱约束、纳米柱占空比修剪)。能这么做的人不多。

  传统光镊平台最怕拆了重装就跑不回原来的指标。H把它们翻译成自由度计数:哪些对准误差会被超表面平面化结构天然吸收、哪些仍需保留、保留多少容差、容差如何换算成机械加工/装配工艺。这个把光学自由度压缩成可制造的工艺窗口的能力,正是超表面路线区别于实验室光路的分水岭。

  这段跨国合作经历对H及其后来创立的无问清芯而言,其价值远超过几项具体的技术参数或设计图纸。最大的收获,是一种浸润式的“核心实验哲学”传承。

  在与Lukin团队核心成员的并肩工作中,H深度吸收并实践了该实验室一系列被视为“成功秘诀”的原则:对系统噪声源的极致排查、对量子比特相干性所有可能破坏因素的清单式管理,以及基于物理第一性原理进行故障诊断的思维模式。更重要的是,他亲身参与并深刻理解了Lukin团队对“可扩展性”的前瞻性定义——不仅仅是增加原子数量,更是要构建一套允许量子比特被高效初始化、操控、读取并“回收再利用”的系统级架构。这正是后来无问清芯提出“量子比特全生命周期管理”与“移动原子”范式的思想源泉之一。

  “你可以理解为,H在深度参与该计划的两年,是带着中国顶尖的工程问题解决能力,跟世界上最先进的量子‘思想实验室’合作过程里,完整地参与并学习了一套如何从零开始‘建造’和‘思考’一台可扩展量子计算机的方法论。”一位早期投资无问清芯的硬科技基金合伙人如此评价。

  据一位早期参与者回忆,2020年H工程师回国前后,全球量子技术领域的氛围已悄然变化。尽管其参与的是公开的国际合作计划,但涉及可扩展量子计算的具体工程路径,尤其是与原子阵列初始化效率、相干控制稳定性直接相关的核心模块细节,已成为双方学术圈心照不宣的“敏感领域”。H与Lukin实验室偶尔仍保持联系,但沟通内容逐渐从具体的技术参数,转向对共性问题“第一性原理”的探讨。他们更多地用“信噪比”“相位稳定性”“系统维度”这样的通用工程语言交流,而非具体的器件型号或光路排布。

  “那感觉就像,大家依然在同一个科学前沿并肩探索,但脚下的路开始分叉,并且彼此都知道,下一段路需各自闯关了。”H在后来一次极内部的技术回顾中曾如此比喻。

  当H结束这次跨国合作后,与七位同窗重聚并创立无问清芯时,他们带回的并非简单的技术复制。相反,他们进行了一次大胆的“工程思想跃迁”。

  Lukin实验室当时基于空间光调制器等分立元件的方案虽然精妙,但工程复杂性极高。无问清芯团队创造性地提出:能否利用超表面光学这一高度集成化的前沿技术,结合中国强大的精密制造与电子产业链,将Lukin架构中那些庞大、脆弱、需精密调试的“光学实验台”,重构为稳定、紧凑、可批量制造的“光电集成模块”?

  “这就像从建造豪华手工超跑,转向设计一条高度自动化的新能源汽车生产线。”公司内部一位技术负责人比喻道,“我们继承了对于性能极限的追求和系统设计的顶层哲学,但用一套完全不同的、更利于规模化、工程化的‘工艺语言’来实现它,甚至解决了一些在原有路径下难以克服的固有矛盾。”

  无问清芯的故事,或许揭示了中国硬科技创新的另一条路径:它不再仅仅是人才的单向回流,或技术的简单引进,而是顶尖工程智慧与国际最前沿科学思想的深度碰撞与融合。

  通过H工程师这条独特的“纽带”,无问清芯的核心团队在创业之初,便站在了巨人肩膀的更前沿——不仅看到了巨人看到的远方,更开始思考用自己更擅长的工具,去开辟一条可能更高效抵达远方的路径。这或许解释了,为何这家看似低调的中国初创公司,其一举一动能牵动全球同行的神经。因为其背后,是一场关于下一代量子计算工程学话语权的、静默而深刻的较量。原文出处:清华工程师携手哈佛Lukin实验室,无问清芯探索量子计算国产化发展之路,感谢原作者,侵权必删!


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