四月末的金陵,春深似海。
张诚关于摩尔晶格非交换几何理论的论文初稿刚刚完成,正处于精益求精的修改与完善阶段。
他沉浸在自己构建的数学物理交叉世界中,享受着探索未知的纯粹乐趣。
然而,一项突如其来的、重量级的邀请,打破了他宁静的研究节奏,将他推向了一个关乎国家科技战略前沿的宏大舞台。
这一次,联系他的并非某位高校教授,也非联合培养计划的常规渠道,而是一封来自“国家量子信息科学中心”
、标注着【绝密·特急】的加密邮件。
件人落款是中心主任,工程院院士,量子信息学界的泰斗——程济深。
邮件的标题言简意赅,却重若千钧:【“乾穹”
工程理论组,诚邀加盟】。
“乾穹”
工程!
张诚即使对具体内容不甚了解,也深知这个代号在国内量子科技领域的份量。
这无疑是继“玄穹”
高声项目之后,他接触到的又一个国家级重大专项。
邮件正文措辞极为郑重:
“张诚同志:”
(称呼已从“同学”
变为“同志”
,意味着某种程度上的认可与期待)
“冒昧致信。
我‘乾穹’工程,旨在突破下一代可扩展、高容错通用量子计算的核心技术瓶颈。
目前,工程在核心环节——‘面向大规模量子处理器的分布式纠错与协同控制理论’上,遭遇前所未有之挑战,进展严重受阻。”
“项目组深知您在量子纠错理论(此前与科大合作)、非交换几何及复杂系统建模方面,拥有卓绝的洞察力与创造力。
兹事体大,关乎国家在未来计算领域的战略布局与核心竞争力。
经工程总师组及顾问委员会一致推荐,特此诚挚邀请您,以核心理论顾问身份,加入‘乾穹’工程理论组,参与攻关。
盼复。”
附件中是经过高度脱敏的项目背景介绍和当前遇到的理论困境概要,但仅从这冰山一角,张诚已能感受到问题的极端复杂性与战略性。
“乾穹”
之困:从单芯片到多芯片的鸿沟
当前的量子计算研究,大多集中于在单个芯片上集成几十到上百个物理量子比特。
但要实现有实用价值的通用量子计算,需要集成成千上万个、甚至百万级别的量子比特。
单个芯片的物理尺寸、布线复杂度、串扰效应将很快达到极限。
因此,未来的道路必然是“分布式量子计算”
——将多个较小的量子处理器(芯片)通过量子互联(如光子链路)连接起来,协同工作,形成一个逻辑上的大规模量子计算机。
“乾穹”
工程的目标,正是攻克这条路径上的核心难关。
而目前遇到的最大理论瓶颈在于:
1分布式纠错的协同性:当量子信息与计算任务分布在多个芯片上时,纠错不再能像单芯片那样,基于局域的稳定子测量。
需要展全新的、适应分布式架构的量子纠错码和协同解码算法。
现有的表面码等方案在跨芯片场景下,由于量子链路的有限带宽、延迟和噪声,其容错阈值会急剧下降,甚至完全失效。
2全局量子态的同步与控制:如何在不同芯片之间,高效、可靠地分、同步和操作全局量子态?这涉及到复杂的量子网络协议、分布式量子算法设计,以及对跨芯片量子纠缠产生与维持过程中噪声的建模与抑制。
现有理论缺乏对这类“量子-经典混合分布式系统”
的统一描述框架。
3资源优化的极限:在分布式架构下,计算资源(量子比特、纠缠对、经典通信)的消耗与计算精度、度之间如何权衡?是否存在一个普适的“分布式量子计算复杂度理论”
,来指导最优的硬件架构设计与算法实现?
这三大难题,相互交织,构成了横亘在“乾穹”
工程面前的理论天堑。
传统的量子信息理论工具,在此显得力不从心。
抉择与担当
面对这份沉甸甸的邀请,张诚没有立即回复。
他花了整整一天时间,仔细研读了脱敏资料,并调动了自己在量子信息、复杂网络、非交换几何乃至
