? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?除了芯片，中國亟待攻克的科技難關還有這些！
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2020-12-10? ?青野云麓
2020-12-10 來源：投研派
“關鍵核心技術必須牢牢掌握在我們自己手里，制造業(yè)也一定要抓在我們自己手里”。
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自2010年，中國成為世界第一制造大國，但十年后，小小芯片仍是第一制造大國不可承受之重。必須承認，中國是制造大國，但遠不是制造強國。世界制造強國分三大陣營，美國第一，德國、日本居第二，中國處在第三陣營。世界制造業(yè)巨人，美國是頭腦，日本、德國是心臟，中國是四肢，是干粗活、干力氣活的。
中美貿易爭端和新冠疫情使我們發(fā)現，我們處在全球價值鏈的中低端，世界對我們的依賴不可以替代，但我們對世界的依賴也無法替代。
今天，我們就來一起看看，中國有哪些亟待突破的“卡脖子”領域。
除了芯片，我們發(fā)現還有6個被“卡脖子”的高端制造領域。
1、航空發(fā)動機
航空發(fā)動機的制造難度堪比光刻機，被稱現代工業(yè)“皇冠上的明珠”。只有能夠獨立制造航空發(fā)動機的國家，才是真正的工業(yè)大國。世界上只有中國和美、英、法、俄等少數幾個國家能自主研發(fā)航空發(fā)動機。
飛機上安放發(fā)動機的艙室，俗稱“房子”，是航空推進系統(tǒng)最重要的核心部件之一，其成本約占全部發(fā)動機的1/4左右。短艙越大技術難度越高，我國在這一重要領域尚屬空白。
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2、機器人
中國已經連續(xù)5年成為世界第一大機器人應用市場，但高端機器人仍然依賴進口。由于沒有掌握核心算法，國產工業(yè)機器人穩(wěn)定性、故障率、易用性等關鍵指標遠不如工業(yè)機器人“四大家族”。
觸覺傳感器是工業(yè)機器人的核心部件。精確、穩(wěn)定的嚴苛要求，攔住了我國大部分企業(yè)向觸覺傳感器邁進的步伐。
3、激光雷達
激光雷達是自動駕駛汽車的必備組件，決定著自動駕駛行業(yè)的進化水平。但在該領域，國貨幾乎沒有話語權。目前能上路的自動駕駛汽車中，凡涉及激光雷達者，使用的幾乎都是美國Velodyne的產品，其激光雷達產品是行業(yè)標配，占8成以上市場份額。
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4、高壓柱塞泵
液壓系統(tǒng)是裝備制造業(yè)的關鍵部件之一，一切工程領域，凡是有機械設備的場合，都離不開液壓系統(tǒng)。高壓柱塞泵是高端液壓裝備的核心元件，被稱作液壓系統(tǒng)的“心臟”。中國液壓工業(yè)的規(guī)模在2017年已經成為世界第二，但產業(yè)大而不強，基本相當于國外上世紀90年代初水平。
5、醫(yī)學影像設備元器件
目前國產醫(yī)學影像的大部分元器件依賴進口，至少要花10年、20年才能達到別人的現有水平。在傳統(tǒng)醫(yī)學成像（CT、磁共振等）上，中國最早的專利比美國平均晚20年。
在專利數量上，美國是我國的10倍。這意味著整個產業(yè)已經完全掌握在國外企業(yè)的手里了，所有的知識產權、所有的原創(chuàng)成果、所有的科研積累都在國外，中國只占很少的一部分。
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6、微球
微球，直徑是頭發(fā)粗細的1/30。少了它，你正盯著的液晶屏幕將無法生產。沒有微球，芯片生產、食品安全檢測、疾病診斷、生物制藥、環(huán)境檢測……許多行業(yè)都會陷入窘境。僅微電子領域，中國每年就要進口價值幾百億元人民幣的微球。
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20年攻克三大技術難關，潘建偉團隊解說“九章”量子計算機
2020-12-04 來源：新華社
在一個特定賽道上，200秒的“量子算力”，相當于目前“最強超算”6億年的計算能力！12月4日，《科學》雜志公布了中國“九章”的重大突破。
這臺由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等學者研制的76個光子的量子計算原型機，推動全球量子計算的前沿研究達到一個新高度。盡管距離實際應用仍有漫漫長路，但成功實現了“量子計算優(yōu)越性”的里程碑式突破。
“九章”優(yōu)勝在何處？里程碑式跨越如何實現？“算力革命”走向何方？記者就這些問題采訪了潘建偉團隊。
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? ? ?算力新高度，技術三優(yōu)勢
“量子優(yōu)越性”——橫亙在量子計算研究之路上的第一道難關。
這是一個科學術語：作為新生事物的量子計算機，一旦在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統(tǒng)計算機，就證明了量子計算機的優(yōu)越性，跨過了未來多方面超越傳統(tǒng)計算機的門檻。
多年來，國際學界一直高度關注、期待這個里程碑式轉折點到來。
去年9月，美國谷歌公司宣布研制出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，對一個數學問題的計算只需200秒，而當時世界最快的超級計算機“頂峰”需要2天，因此他們在全球首次實現了“量子優(yōu)越性”。
近期，中科大潘建偉團隊與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所、國家并行計算機工程技術研究中心合作，成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”。
“取名‘九章’，是為了紀念中國古代著名數學專著《九章算術》?！迸私▊フf。
實驗顯示，“九章”對經典數學算法高斯玻色取樣的計算速度，比目前世界最快的超算“富岳”快一百萬億倍，從而在全球第二個實現了“量子優(yōu)越性”。
高斯玻色取樣是一個計算概率分布的算法，可用于編碼和求解多種問題。當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣問題時，“九章”需200秒，而目前世界上最快的超級計算機“富岳”需6億年；當求解100億個樣本時，“九章”需10小時，“富岳”需1200億年。
潘建偉團隊表示，相比“懸鈴木”，“九章”有三大優(yōu)勢：一是速度更快。雖然算的不是同一個數學問題，但與最快的超算等效比較，“九章”比“懸鈴木”快100億倍。二是環(huán)境適應性?！皯意從尽毙枰阆?73.12攝氏度的運行環(huán)境，而“九章”除了探測部分需要零下269.12攝氏度的環(huán)境外，其他部分可以在室溫下運行。三是彌補了技術漏洞?！皯意從尽敝挥性谛颖镜那闆r下快于超算，“九章”在小樣本和大樣本上均快于超算。
“打個比方，就是谷歌的機器短跑可以跑贏超算，長跑跑不贏；我們的機器短跑和長跑都能跑贏。”他們說。
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20年努力攻克三大技術難關
對于“九章”的突破，《科學》雜志審稿人評價這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。
多位國際知名專家也給予高度評價?！斑@是量子領域的重大突破，朝著研制比傳統(tǒng)計算機更有優(yōu)勢的量子設備邁出一大步！我相信成果背后付出了巨大的努力。”德國馬克斯?普朗克研究所所長伊格納西奧?西拉克說。
美國麻省理工學院教授德克?英格倫認為，這是“一項了不起的成就”“一個劃時代的成果”。加拿大卡爾加里大學量子研究所所長巴里?桑德斯說，毫無疑問，這個實驗結果遠遠超出了傳統(tǒng)機器的模擬能力。
據了解，潘建偉團隊這次突破歷經了20年努力，從2001年開始組建實驗室，他們曾多次刷新量子糾纏數量的世界紀錄?！熬耪隆钡耐黄?，主要攻克了三大技術難關：高品質量子光源、高精度鎖相技術、規(guī)?；缮婕夹g。
其中的高品質量子光源，是目前國際上唯一同時具備高效率、高全同性、高亮度和大規(guī)模擴展能力的量子光源?！氨热缯f，我們每次喝下一口水很容易，但要每次喝下一個水分子非常困難。”中科大教授陸朝陽說，高品質光源要保證每次只“放出”1個光子，且每個光子要一模一樣，這是巨大挑戰(zhàn)。同時，鎖相精度要控制在10的負9次方以內，相當于傳輸一百公里距離，偏差不能超過一根頭發(fā)絲的直徑。
此外，為了核驗“九章”算得“準不準”，他們用超算同步驗證?！?0個、20個光子的時候，結果都能對得上，到40個光子的時候超算就比較吃力了，而‘九章’一直算到了76個光子?！标懗栒f，另一方面，超算的耗電量太大，計算40個光子時需要電費200萬元，41個光子需要400萬元，42個光子需要800萬元，推算下去將是天文數字。
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“算力革命”躍馬人類未來
當前，量子計算已成為全球各國競相角逐的焦點。比如近期，歐盟宣布擬投資80億歐元，研究量子計算等新一代算力技術。
“量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，可望通過特定算法在密碼破譯、大數據優(yōu)化、天氣預報、材料設計、藥物分析等領域，提供比傳統(tǒng)計算機更強的算力支持?！迸私▊フf。
據了解，國際主流觀點認為，量子計算機的發(fā)展將有三個階段：
第一階段，研制50個到100個量子比特的專用量子計算機，實現“量子優(yōu)越性”里程碑式突破。
第二階段，研制可操縱數百個量子比特的量子模擬機，解決一些超級計算機無法勝任、具有重大實用價值的問題，比如量子化學、新材料設計、優(yōu)化算法等。
第三階段，大幅提高量子比特的操縱精度、集成數量和容錯能力，研制可編程的通用量子計算原型機。
目前，“九章”還處在第一階段，但在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用價值。
潘建偉團隊表示，“量子優(yōu)越性”實驗并非一蹴而就的工作，而是更快的經典算法和不斷提升的量子計算硬件之間的競爭，但最終量子計算機會產生傳統(tǒng)計算機無法企及的算力。下一步，他們將在光子、超導、冷原子等多條技術線路上推進研究。
“我對量子計算的前景非常樂觀，世界上有很多聰明人在做這件事，包括我的中國同事們?！眾W地利科學院院長、美國科學院院士安東?塞林格預測，很有可能有朝一日量子計算機會被廣泛推廣，“每個人都可以使用”。