大国工匠年度人物·唐世彪 | 他在无人区捕捉“蝴蝶振翅”的微光

近日“中国有了量子手机”冲上热搜。

3月2日，由中华全国总工会与中央广播电视总台联合主办的2025年“大国工匠年度人物”正式揭晓。来自中电信量子集团控股科大国盾量子技术股份有限公司副总工程师、研发总监、中国电信量子研究院量子通信研究所首席专家唐世彪榜上有名。

热搜背后，是一个被很多人忽略了17年的技术攻坚故事。

量子通信的核心，是“单个光子通信”。单光子不可被复制、不可被拆分，这意味着一旦被窃听就会被发现，理论上可实现最高等级的通信安全。

17年前，我国在单光子探测等核心器件上几乎完全依赖进口。年仅27岁的唐世彪带着团队，从零起步，一次次试验、一次次失败，最终研制出国内首台单光子探测器，探测效率达到进口产品的五倍以上。

从“能用”到“好用”，再到“领先”，这条路走了整整17年。

当前，量子计算正在逼近一个关键拐点。如果说摩尔定律定义了经典计算的增长节奏，那么在量子世界中，逻辑量子比特的规模扩展，也正沿着每5年增长10倍、每10年增长100倍的路径加速前行。

在这条路径上，量子芯片并非唯一的主角。决定一台量子计算机能否“算起来”的，是隐藏在背后的测控系统——它像经典计算机的“主板”，负责对量子芯片上的量子比特进行精确操控，执行量子逻辑门操作、量子态测量以及算法执行。如果没有高性能、低噪声、高同步精度的测控系统，再精良的量子芯片也无法真正发挥计算能力。

2025年6月16日，由国盾量子自主研发的超导量子计算测控系统ez-Q Engine2.0正式交付，并成功应用于我国最先进的超导量子计算机——“祖冲之三号”上。这标志着我国在千比特规模测控领域实现了自主可控，摆脱了国外设备的“卡脖子”限制。

ez-Q Engine2.0真机发布

01

“蝴蝶振翅”的十万分之一能量

“量子比特一次翻转的能量，相当于一只蝴蝶振翅所需能量的十万分之一。”中国科学技术大学教授、博士生导师、“祖冲之号”量子计算原型机总师朱晓波曾用这个比喻来解释量子测控的难度，大国工匠、国盾量子副总裁、研发总监唐世彪进一步解释：“我们要测控这个微小信号，同时确保测控过程本身所产生的噪声不超过这个量级。”

时间再往前，回顾中国量子计算的起步阶段，走的是一条典型的“跟随—学习—超越”之路。

这几乎是一个反直觉的工程挑战——就像要在狂风暴雨中听见一根针落地的声音，而你的“听诊器”本身，不能发出任何声响。

“我们把量子芯片做出来了，性能也不错，但测控系统还得依赖国外采购。”唐世彪坦言，这就像设计出一辆顶级赛车，却不得不使用别人的方向盘和控制系统。

在早期，这种选择是务实的。国际上已有相对成熟的测控系统产品，购买现成设备能够显著加快科研进程。

然而，随着中国量子计算机从原理验证走向实际应用，隐患逐渐显现：国外供应商开始收紧技术出口。

“最好的设备他们留着自己用，卖给我们的往往不是最新一代。”唐世彪回忆道，“就像光刻机、稀释制冷机一样，这是典型的‘卡脖子’环节。”

随着中国在量子通信领域已实现领跑，量子计算也进入国际第一梯队。随之而来的，是愈发严格的技术封锁。

自主研发，已不再是“要不要”的选择，而是“必须走”的道路。

02

在没有靶标的路上修路

带着“我们不能成为量子计算机领域短板”的共识，国盾量子在2015年前后开始系统性布局超导量子计算测控系统研发。彼时，团队规模只有十来个人，对标的却是国际巨头数十年的技术积累。

压力来自多个方向。一方面，是时间窗口的压力。量子芯片的迭代节奏并不稳定，可能突然取得突破，而测控系统体量庞大、研发周期长，必须提前布局；另一方面，是指标本身的不确定性。

“我们基本是在迷雾中修路。”唐世彪形容道，“国外不会公开技术路线，我们也没有现成的标准可以参照。”

“最难的是没有靶子。”唐世彪说。研发期间，并不存在性能足够高的量子芯片，来为千比特测控系统提供“反向验证”指标的合理性。许多参数只能通过反复计算、实验和与科学团队的深度协同来不断修正。某些指标今天看似已经足够；一个月后，可能又被证明仍需提升。有些参数可以让步，有些则绝不能妥协。多个指标之间相互牵制，往往呈现出“按下葫芦浮起瓢”的状态。

这种情况下，唯一的应对方式，就是快速响应与持续迭代。“只要一天没有定型，我们的优化就不会停。”唐世彪说。

如今，即便ez-Q Engine2.0已正式发布半年多，团队仍在持续推进性能指标的打磨和提升——不是追求一次性完成，而是不断逼近极限。

03

翻过一座又一座高山

在ez-Q Engine2.0研发中，第一个“拦路虎”出乎意料的“基础”——散热。

“集成度提高后，热量就集中了。一个板卡的温度变化1度，就可能导致量子比特的控制信号失真。”唐世彪解释。

为此，团队搭建了专门的高低温实验箱，模拟从-50℃到80℃之间，不同温度、湿度环境。工程师们需要观察板卡内上百个监测点的温度变化，在密集的数据中分析不同器件的散热状况，探寻最优散热方式。

“那半年，我们就像在和时间赛跑。”唐世彪回忆，一轮实验要持续三四天，结束后立刻分析数据、调整设计，再重新进入下一轮测试——循环往复，没有捷径。最考验耐心的，是仿真与实测之间的偏差。团队建立了复杂的热仿真模型，但结果始终与实际测量存在出入。工程师们只能不断修正参数、重构模型，直到仿真结果能够真实反映温度分布。

从百比特到千比特，不仅仅是数量增加，更是质的变化。如何让上千个控制信号严格同步，这在世界范围内都是技术难题。

“想象一下千人阅兵，步伐必须完全一致。”唐世彪比喻道，“量子控制的时间精度要达到纳秒级，一个比特不同步，整个计算就可能出错。”

从2024年10月开始，团队用了近半年时间对系统架构进行重构。他们设计了全新的时钟分配网络，确保每一个控制通道都能获得高度一致、稳定可靠的时钟信号。

最紧张的时刻，发生在一次关键实验中——量子芯片突然“失锁”，控制信号无法准确锁定量子比特，实验被迫暂停。“现场设备不能轻易动，影响因素太多。”唐世彪立即启动应急预案，“必须在实验室复现故障”。

接下来两周，团队进入白天分析日志、定位问题，晚上搭建模拟环境、验证解决方案。最终定位了问题——一个逻辑IP在极端工况下出现了时序异常。

好在，问题并不需要推翻硬件设计。团队通过更新逻辑IP修复了缺陷。当修改后的系统重新上线，量子信号恢复稳定，实验室里的人才真正松了一口气。

“反而到最后验证时，我们很平静。”唐世彪说，“因为每一步都做扎实了，心里有底。”

04

没有终点的竞赛

如果说散热和同步是“硬功夫”，那么噪声控制就是“内功心法”。

“量子比特非常脆弱，环境噪声很容易淹没信号。”唐世彪解释，“我们必须把电子噪声做到极限——不能比当前工艺水平下芯片本身的噪声更高。”

这是一场没有终点的竞赛。团队从电源噪声入手，逐步优化每一个环节：电路设计、材料选择、屏蔽结构……甚至开始研究实验室的接地噪声。

“这已经超出了传统测控电子的范畴。”唐世彪坦言，“但如果不解决，就会成为系统瓶颈。”

也正是这种近乎苛刻的精益求精，让中国在量子计算的“中枢神经”上，完成了关键一跃。

相比上一代产品，ez-Q Engine2.0集成度提高了约10倍，单机箱最高支持128个数据比特及256个耦合比特，8台就能完成千比特操控任务，核心元器件采用国产化设计，是国内同类产品中体积最小、性能最优的，在保持核心技术指标国际先进水平的同时，价格不到国外产品的一半。

但这仍只是阶段性成果。随着“祖冲之四号”对系统稳定性、同步精度和噪声控制提出更高要求，下一代测控系统的研发已同步启动。

在这条尚无清晰靶标的量子计算之路上，测控系统仍需持续向前延伸。唐世彪和他的团队所做的，是在微观世界中不断捕捉“蝴蝶振翅”的微光，并让这束微光，稳定地照亮量子计算迈向更大规模的未来。