2024年2月29日，国家自然科学基金委员会发布了2023年度“中国科学十大进展”，主要分布在生命科学和医学、人工智能、量子、天文、化学能源等科学领域。其中，深圳两项科技研究成果入选，分别是来自华为云计算技术有限公司的“人工智能大模型为精准天气预报带来新突破”和由南方科技大学、深圳国际量子研究院等单位共同完成的“玻色编码纠错延长量子比特寿命”。
深圳梦认为，深圳两项科技研究成果背后意义重大，人工智能及量子计算科学进展，正在推动深圳进入第四次工业革命。
2023年，任正非与ICPC竞赛团队展开现场对话时称，我们即将进入第四次工业革命，基础就是大算力。“
与此同时，2月26日，2024世界移动通信大会（MWC24）在巴塞罗那开幕。作为通信行业全球领先企业之一，华为在此次MWC24巴塞罗那展期间召开多场发布会。华为宣布，2024是5G-A商用的元年，公司将与全球运营商一起积极探索向5G-A时代的演进。
值得注意的是，华为发布通信行业首个大模型。针对行业提出的敏捷业务发放、精准用户体验保障、跨领域高效运维的高阶智能化目标，大模型提供基于角色和基于场景的智能化应用，助力运营商赋能员工、提升用户满意度，全面使能网络生产力。
目前，量子计算技术是世界强国争相抢占的战略制高点之一。2023年3月22日，俞大鹏院士团队的该项成果以《用离散变量编码的逻辑量子比特突破盈亏平衡点》为题发表在国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）网站上。在俞大鹏院士看来，量子计算机有可能提供一种颠覆性的算力，为第四次工业革命提供强大的算力支撑。而作为“科技之城”的深圳，在量子科技领域大有可为。
2023年度“中国科学十大进展”发布！
深圳两项成果入选
2月29日，国家自然科学基金委员会发布了2023年度“中国科学十大进展”，主要分布在生命科学和医学、人工智能、量子、天文、化学能源等科学领域。
❖人工智能大模型为精准天气预报带来新突破
❖揭示人类基因组暗物质驱动衰老的机制
❖发现大脑“有形”生物钟的存在及其节律调控机制
❖农作物耐盐碱机制解析及应用
❖新方法实现单碱基到超大片段DNA精准操纵
❖揭示人类细胞DNA复制起始新机制
❖“拉索”发现史上最亮伽马暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子
❖玻色编码纠错延长量子比特寿命
❖揭示光感受调节血糖代谢机制
❖发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制
记者现场了解到，两项来自深圳科技企业、高校及科研机构的研究成果上榜。
分别是：来自华为云计算技术有限公司田奇等人的研究成果“人工智能大模型为精准天气预报带来新突破”；来自南方科技大学，深圳国际量子研究院俞大鹏、徐源等人的研究成果“玻色编码纠错延长量子比特寿命”。
据了解，“中国科学十大进展”遴选活动自2005年启动，已成功举办19届。
本次活动由国家自然科学基金委员会主办，由中国科学院院士、中国工程院院士在内的2100多位基础研究领域高水平专家投票，经推荐、初选、终选、审议4个环节，最终从600多项科学研究成果中遴选出10项重大科学研究成果，经国家自然科学基金委员会咨询委员会审议，最终确定了入选2023年度“中国科学十大进展”的成果名单。
华为云盘古气象大模型
可提供全球气象秒级预报
天气预报是国际科学前沿问题，具有重大的社会价值。现有数值天气预报范式源于20世纪50年代，即通过超算平台的大规模计算来求解大气运动偏微分方程组，实现对未来天气的预报。
近些年，随着极端天气频率越来越高，使用该传统方法提升预报水平面临越来越大的挑战。
华为云计算技术有限公司田奇、毕恺峰、谢凌曦等基于人工智能技术，提出了一种适配地球坐标系统的三维神经网络，能够有效处理天气数据中的复杂过程，并通过层次化时域聚合策略来有效减少迭代误差，成功实现了精准的中期天气预报。
在1979-2017年全球天气再分析数据上训练后，构建了盘古气象大模型。该模型能够预报7天内的地表层和13个高空层的温度、气压、湿度、风速等气象要素，并将全球最先进的欧洲中长期天气预报中心(ECMWF)集成预报系统的预报时效提高了0.6天左右，在热带气旋的路径预报误差相较于ECMWF预报系统降低了 25%。
此外，该模型仅需10秒即可完成全球7天重要气象要素的预报，计算速度较数值方法提升1万倍以上。
（华为云盘古气象大模型研究成果发表在《Nature》）
2023年7月6日，国际顶级学术期刊《自然》(Nature)杂志正刊发表了华为云盘古大模型研发团队研究成果——《三维神经网络用于精准中期全球天气预报》（《Accurate medium-range global weather forecasting with 3D neural networks》）。
数据显示，这是近年来中国科技公司首篇作为唯一署名单位发表的《自然》正刊论文。《自然》审稿人对该成果给予高度评价：“华为云盘古气象大模型让人们重新审视气象预报模型的未来，模型的开放将推动该领域的发展。”
早在去年5月，该模型就用于台风“玛娃”的路径预报。中央气象台表示，该模型在“玛娃”的路径预报中表现优异，提前五天预报出其将在台湾岛东部海域转向路径。
实现量子纠错新突破
国际上首次超越盈亏平衡点
什么是量子纠错？
经典数字电子计算机一样，量子计算机也会出错。一旦量子计算机在运行过程中出现错误，就必须及时地检测到导致错误的具体原因，并及时修复它。这一检测并且及时修正的过程就称之为“量子纠错”。
而量子计算机有错误率较高、无法通过简单备份方式进行检查和修复等方面，使得其纠错过程异常困难。
一台没有纠错能力的量子计算机，没有任何实际应用价值。因此，通用量子计算机要迈向实用化，量子纠错是必须要走的一步。
在该领域，俞大鹏院士团队实现了突破性进展——南方科技大学联合福州大学、清华大学等研究团队，通过实时重复的量子纠错技术延长了量子信息的存储时间，在国际上首次超越盈亏平衡点，展示了量子纠错优势。
（论文上线截图）
2023年3月22日，俞大鹏院士团队的该项成果以《用离散变量编码的逻辑量子比特突破盈亏平衡点》为题发表在国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）网站上。
两位审稿人都对该研究给予高度评价：“实现突破盈亏平衡点的研究是容错量子计算的一个重大里程碑”“该结果实现了重要的突破，并且整体的实验能力接近国际先进水平”。
这一里程碑式的突破，标志着从含噪声量子时代开始步入纠错量子时代，为量子计算机的发展奠定重要的基础。同时量子纠错优势将推动可纠错的逻辑量子比特在量子通信、量子模拟、量子计量等方向的发展。
量子纠错操作的实验表征结果（研究团队供图）
目前，量子计算技术是世界强国争相抢占的战略制高点之一。在俞大鹏院士看来，量子计算机有可能提供一种颠覆性的算力，为第四次工业革命提供强大的算力支撑。而作为“科技之城”的深圳，在量子科技领域大有可为。
（内容来源：深圳卫视深视新闻记者：于源灏 曹泽东 杨梦同）
深圳科技达人
徐源：量子信息纠错师
走进位于河套深港科技创新合作区的深圳国际量子研究院，楼高八层的灰黑色大楼内部正在热火朝天改造中。不久后，这里将入驻一批量子信息相关的先进设备与平台。去年3月，一篇题为《用离散变量编码的逻辑量子比特突破盈亏平衡点》的论文发表在《自然》杂志上，宣称充分展示了量子纠错优势。主导这项研究的正是来自该研究院超导量子计算实验室的研究员徐源。2月29日，国家自然科学基金委员会发布了2023年度“中国科学十大进展”，该成果入选，被称为“容错量子计算的一个重大里程碑”。
“我们在国际上首次利用离散变量编码的逻辑量子比特，延长量子信息的存储时间超过了不纠错物理系统的上限，即突破了盈亏平衡点。”在近日的采访中，徐源告诉记者，此项成果标志着从含噪声量子时代开始步入纠错量子时代，迈向了量子计算发展的新阶段。
视频来源：深圳报业集团视听中心
迈向通用量子计算，纠错是关键
量子科技是未来信息技术取得颠覆性创新的潜在领域。量子信息技术主要包括量子计算、量子精密测量和量子通信三个大方向，其中量子计算尤为重要，被视为引领未来新一轮算力技术革命的关键。
徐源介绍，简单地说，量子计算是遵循量子力学规律发展起来的一种新型计算模式，以量子比特（也叫“量子位”）为基本处理单位，通过量子叠加、纠缠等原理实现并行计算，尤其是在解决某些复杂问题上提供指数级加速，被认为是未来计算能力跨越式发展的重要方向。
不过，徐源告诉记者，与经典计算机一样，量子计算机在运行的过程中也会发生错误，且现实世界中的量子系统很“脆弱”，很容易受到环境中噪声的扰动，导致量子计算过程中信息的丢失或错误。没有纠错的量子计算机是毫无用处的。因此，为了保证运算结果的可靠性，必须要通过量子纠错技术实时地检测量子比特在哪个时刻发生了何种错误，并及时进行修复。也正因此，量子纠错被业界普遍认为是实现通用容错量子计算机的关键“必经之路”。
上个世纪90年代，开始有理论学家提出了量子纠错的理论想法。但是受限于当时的量子调控技术水平，仍无法真正地实时探测和纠正错误。近些年，随着对量子系统操控能力的提升，人们逐渐开始在不同的量子系统中尝试量子纠错。但是之前所展示的量子纠错实验，要么是通过人为引入一个虚假的“错误”，来展示一个原理性的纠错演示实验，要么是在纠错的过程中额外引入了更多的错误，致使量子纠错“越纠越错”，即纠错之后的效果变得更差了。
“如何利用量子纠错技术，克服“越纠越错”难题，产生正的量子纠错增益，是构建实用量子计算机的关键。”徐源表示，要想保护量子信息避免环境中噪声的干扰，一方面是要让量子系统尽可能的和环境有足够好的隔离，另一方面是要保证能够高精度地操控量子系统，使得纠错时引入的错误尽可能地小于纠正的错误，实现“越纠越对”，才能保证量子计算机最后运算结果的正确性和可靠性。
突破盈亏平衡点
成功展示量子纠错优越性
量子纠错也被称为量子计算领域皇冠上的“明珠”。徐源介绍道，要想开发出实用的量子纠错技术，必须要实现正的增益，也就是所谓的量子纠错优越性。只有当纠正的错误大于纠错过程中引入的错误，纠错的效果才会越来越好。如何利用量子纠错技术极大地延长逻辑量子比特的相干寿命超过不纠错情况下物理体系的上限，也就是超越盈亏平衡点产生正增益，是衡量量子纠错是否具有实际效用的关键判据。“我们的研究课题正是通过主动的量子纠错手段，来延长量子比特的相干寿命真正意义上突破盈亏平衡点，使得纠错后的量子系统性能越来越好，也就是让量子比特“活得更长久”。”
目前，主要有两类主流的量子纠错编码方案，分别是多比特编码和玻色编码。但是目前所展示的量子纠错实验或需要巨大的硬件资源开销，或逻辑码字有缺陷（非严格正交），或无法突破盈亏平衡点等。
为了解决上述问题，徐源在课题研究中，利用玻色模式中的二项式编码实现了严格正交的逻辑量子比特，开发了原创的基于频率梳控制的错误探测技术，整合和改进了一系列量子纠错优化手段，最终在国际上首次延长了量子信息存储时间超越盈亏平衡点。这为实现通用容错量子计算机奠定了非常重要的一步。
“我们站在前人的肩膀上，整合和改进了多个量子纠错的关键技术，实现了延长量子信息的存储时间突破盈亏平衡点16%，充分地展示了量子纠错优势。”徐源表示，接下来，课题组将更进一步探索提高量子纠错效果，进一步延长量子信息存储时间，以及利用量子纠错优势开发新的逻辑量子控制技术。
“与科研为伴，不懈追寻量子科学奥秘”
事实上，大部分公众对量子信息的关注时间并不长。2019年，谷歌率先宣布实现“量子霸权”（量子优越性），一把将量子计算推入公众视野，激起量子计算领域的千层浪。随着“九章”“祖冲之号”等量子计算机的问世，近几年我国量子计算领域也得到了飞速的发展。
徐源早在本科期间，就已经开始对量子信息科学领域充满了浓厚的兴趣。2013年，徐源从西安交通大学被保研到清华大学直博，加入了孙麓岩教授课题组，从零开始搭建量子实验平台，构建量子计算机。随着一项项实验的进行，徐源对量子科学的了解也越来越深刻。
“微观的量子世界让我着迷，使我能够全身心的投入到每天的科研工作中而不知疲倦，恣意徜徉在科学的海洋里，沉迷于量子科学的奥秘，不受任何外界事物的干扰，心无旁骛与毫无杂念。”徐源表示，量子世界充满了很多神奇的奥秘，和现实世界完全不一样，比如走迷宫，经典计算需要一条一条遍历和尝试所有可能的路线，最终才能找到正确路径，但是量子计算机有“分身”，它的并行性决定了可以同时跑多条路线，一次就知道正确结果。
2019年，徐源从清华大学博士毕业后，就南下加入了深圳量子研究院超导量子计算实验室，开始负责基于超导量子线路系统的量子信息处理领域相关实验研究工作。
谈起深圳，徐源毫不犹豫地说这是他的第一选择。“一方面是受到中国科学院院士、深圳量子科学与工程研究院院长俞大鹏的感召，愿意给年轻人足够的空间和机会，让他们充分发挥创造力和潜力；另一方面，则是深圳有着很好的平台，科学家在深圳可以更方便地进行一些国际前沿方向的研究，这也是我们课题能够很快取得重要成果的一个原因。”徐源表示，做科研是一件充满挑战的事情，但是在深圳这座创新之城做科研，每个人都拥有无限的可能性，都能够做出巨大的成就。
“每天心里始终惦记着科研，不停地思考实验的进展、结果和未来规划。”徐源说，当你热爱一件事时，会不由自主地沉浸其中，热爱会不断地推动你思考和行动。“对科研的热爱和着迷，使我能够全身心地投入到神奇的量子世界中，心无旁骛地探索未知科学的边界”。
（内容来源：深圳商报记者：袁静娴）
来源：深圳梦 综合
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