科创新就业｜离子阱量子计算系统工程师——“囚禁”离子造算力奇迹

　在科大硅谷企业合肥幺正量子科技有限公司的实验室里，30岁的陶思景正盯着屏幕上跳动的数据流，面前那台巨型“量子机箱”泛着金属冷光。这位离子阱量子计算系统工程师，手里摆弄的不是普通零件——那是能“锁住”原子级粒子的精密装置，而被锁住的每一颗离子，都是他口中能创造算力奇迹的“超级牛马”。

　　“就像给微观世界设个‘陷阱’，用电磁力把离子困在固定位置，再用激光发号施令。”陶思景笑着打比方，这些被束缚的离子以量子态作为计算单元，在特定领域，能爆发出经典计算机难以企及的指数级速度。这不是科幻场景，而是他每天打交道的日常。

　　陶思景在工作中

　　“量子计算可以由多种路径实现，离子阱是其中一个路径，也是我们非常看好的路径。”陶思景指着正在设计的“离子阱”介绍，这台设备上的一个个方形凸起就是一个个观测设备。

　　“通过电磁力，把离子束缚在一个相对固定的位置，这就是‘离子阱’，可以把它们理解成一个个‘超级牛马’，通过被束缚离子的量子态来做量子比特，从而实现量子运算，它在破译密码、解线性方程组和量子化学模拟等方面的运算能力较经典计算机可以实现指数级的加速。”

　　目前他所在团队设计的离子阱芯片是芯片型离子阱量子计算机的核心器件，采用微纳加工工艺，通过芯片上的数十个电极即可实现复杂可调的电场，满足对于离子空间位置的复杂调控。幺正量子的离子阱芯片加工工艺已经达到了世界先进水平，为芯片型离子阱量子计算机进行高保真相干操控打下了坚实的基础。

　　通过对离子空间位置的复杂调控实现大规模离子阱量子计算的路线，是当前世界上最具有潜力实现大规模量子计算的路线，即QCCD（量子电荷耦合装置）路线。幺正量子的芯片型离子阱量子计算机采用的正是这条路线。

　　幺正量子实验室区域

　　这台机器，就像是一个流水线，离子是置于其上的零件，操控的激光就像是流水线上的加工机器。离子们按照流水线加工流程，即量子线路，被传送到既定的位置，并进行相应的加工操作，即激光操控。这样一个化繁为简的、具有现代性的操控方式，便是QCCD路线可以成为最具有潜力实现大规模量子计算的路线的主要原因之一。

　　据介绍，目前陶思景所在团队设计完成了低温芯片型离子阱量子计算原型机，以离子阱芯片为核心，整合精密光学、先进电子学、量子测控、精密温控、低温恒温五大子系统。

　　该系统是国内首个低温芯片型离子阱系统，之后可为高校、科研机构等单位提供量子真机使用，也可与超级计算机融合，应用于生物医药、新材料、电力能源、金融安全、低空经济以及装备仿真等领域。

　　根瘤菌可以吸收空气中的氮气，转化为氮肥给植物吸收。“这种有趣的固氮反应，是怎么做到的？人类其实还搞不清楚，那么就可以使用量子计算器来很快地了解这种催化机制，从而实现人工固氮。”陶思景笑道，根瘤菌固氮的化学反应机制，经典计算机算起来耗时耗力，而量子计算机能直接模拟量子过程，“就像让懂行的人干专业事，又快又准”。

　　“从事这个职业，首先要坚定实现量子计算的信心。”陶思景表示，这是一件从0到1的“造物工作”，是绝对前沿的“硬核”科技，其成就感无可比拟，它需要从业者在量子理论和实验技术的基础上，具备强大的探索精神。

　　他所在的幺正量子科技于2022年7月在科大硅谷成立，是第一批科大赋权成立的企业中唯一从事量子计算的企业。他从企业筹备开始，就在从事相关理论工作，博士毕业后，就在该企业开展工程化方面的工作。

　　“量子计算机不是对过去的全盘否定，而是逐渐改变的过程。”陶思景告诉记者，就像AI的出现，它不是瞬间颠覆人类社会，而是以工具的形式，帮助人类做一些基础工作，再初步拓展应用，慢慢改变人们的生活，他认为，未来量子计算也会是这样。

　　“经典计算机与量子计算机是相辅相成的，不论未来量子计算能跑的多块，它都是一台工具，具体要怎么服务人类社会，还需要当量子计算机真正出现后，人们去探索更多有趣的应用。”

　　实验室的灯光下，量子机箱静静运转，里面的“超级牛马”们正在飞速运算。而像陶思景这样的年轻人，正用代码与激光，编写着属于量子时代的第一行注释。

　【职业名片】离子阱量子计算系统工程师：

　　离子阱量子计算系统工程师是量子计算领域中的关键职位，主要负责离子阱量子计算系统的设计、开发和优化工作。

　　‌‌负责离子阱系统平台的方案设计与调试工作，确保系统性能达到预期目标，进行系统方案分解，协调研发团队完成平台的开发与集成；

　　‌‌：负责规划离子阱平台的技术路线，制定短期和长期发展计划，评估新技术在离子阱量子计算系统中的应用潜力；

　　‌‌：优化离子阱量子计算平台的附属光学系统，简化光路设计的同时提升光学系统稳定性和各项性能指标；

　　‌‌：设计和开发离子阱量子计算平台的电子学控制系统，负责离子阱系统相关的硬件设计与实现；

　　‌‌：负责离子阱真空系统的设计与研发，参与量子计算系统小型化相关的机械结构设计与搭建。（记者　张毅璞）