前沿的科研工作需要高精尖的科學(xué)儀器，但如果科學(xué)儀器被國外巨頭壟斷 “卡脖子” 是種怎樣的體驗？

在去年，北大核磁共振中心一臺 800 兆赫茲的核磁共振波譜儀發(fā)生 “強失超” 無法正常工作，希望儀器制造商能盡快查明原因后給出解決方案，但得到的回復(fù)卻是敷衍的。

這臺售價大概 200 萬美元的機器，報修一次就要支付 20 多萬元費用，而且有時候?qū)Ψ竭€制定了只換不修、先付費再查看等霸王條款，濫用市場支配權(quán)的行為引起了國內(nèi)諸多科研人士的譴責(zé)。

據(jù)一份調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，在 2018 年，我國共約有 1800 臺核磁共振波譜儀，其中進口儀器份額高達 97%，而除核磁外，我國在電鏡、質(zhì)譜、色譜、光譜等幾乎所有高端儀器方面，基本都存在依賴進口的問題，堪稱深陷受制于人的處境。

讓國產(chǎn)自主高端儀器崛起變得刻不容緩，如今，這也是國儀量子創(chuàng)始人兼 CEO 賀羽的未來事業(yè)目標(biāo)。

一場報告點燃 “為國造儀” 之心

賀羽是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009 級少年班學(xué)院的學(xué)生，一鼓作氣完成本碩博連讀。

在中科大少年班的歷屆校友中，不乏一位位曾被視為 “天才” 的科研精英，如今都各有所成。例如，前百度總裁張亞勤，現(xiàn)任清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院院長；創(chuàng)辦了 AI 芯片第一股 “寒武紀科技” 的陳天石、陳云霽兄弟；年僅 22 歲的曹原因兩篇石墨烯重磅論文，榮登《自然》2018 年度影響世界的十大科學(xué)人物榜首；還有美國科學(xué)院院士、斯坦福大學(xué)教授，神經(jīng)生物學(xué)家駱利群；生物物理學(xué)家、美國國家醫(yī)學(xué)科學(xué)院院士莊小威；美國斯坦福大學(xué)教授范汕洄等等。

“能夠進入少年班的同學(xué)都很有天賦、很聰明，但我覺得自己并不是那種大家所謂的一種天才，不管是在學(xué)習(xí)期間還是現(xiàn)在創(chuàng)業(yè)，最主要還是要靠勤奮，天賦是從 0 到 1，勤奮是從 1 到 N。” 賀羽說道。

促使賀羽下決心攻堅科學(xué)儀器源于一次分享報告。2010 年，他的導(dǎo)師杜江峰（物理學(xué)家、中國科學(xué)院院士）在那次報告中講述了一個中國高端科學(xué)儀器被卡脖子的親身經(jīng)歷。當(dāng)年，杜江峰東借西湊、千辛萬苦買了一臺國外的儀器，雖然獲得了加速科研攻關(guān)、產(chǎn)出重大研究成果的價值，但整個買儀器過程中遇到臨時加價、維修等待半年才交貨的糟糕體驗確實令人太痛苦了。“杜老師當(dāng)時說了一句話，振興自主科學(xué)儀器已經(jīng)刻不容緩了！這句話仿佛一束光，當(dāng)時就把我擊中了。”

杜江峰是中國最早從事量子計算實驗研究的科研學(xué)者之一，致力于使用磁共振方法進行量子計算的實驗研究，他的實驗室中對自旋磁共振、量子計算、量子精密測量等方向都有深入探索。當(dāng)時的賀羽年僅 17 歲，聽完報告后夜不能寐，第二天就找到了杜江峰，力求參與到高端科學(xué)儀器的研發(fā)事業(yè)中來。

那次報告中提及的科學(xué)儀器叫做 “電子順磁共振譜儀”（EPR），它在材料學(xué)、化學(xué)、物理、半導(dǎo)體、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣泛用途，是進行物質(zhì)結(jié)構(gòu)與成分分析的不可或缺的科研設(shè)備，這也是后來國儀量子創(chuàng)業(yè)研發(fā)出的第一款商業(yè)化產(chǎn)品，它打破了過去幾十年間，這類儀器一直被國外壟斷的局面，并在關(guān)鍵性能指標(biāo)上實現(xiàn)了超越。

“我在杜老師的實驗室主要做兩件事：第一是儀器的研發(fā)搭建；第二，當(dāng)時導(dǎo)師借給我一個 14 平方米的小辦公室，我們在辦公室里面成立了第一家公司嘗試創(chuàng)業(yè)。不過，我有兩次創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷基本都是各種教訓(xùn)和踩坑，切身經(jīng)歷感受到了辦公司除了懂科研之外，你還要懂商業(yè)、懂產(chǎn)業(yè)?！?/p>

2016 年底，23 歲的賀羽第三次創(chuàng)業(yè)成立了國儀量子，此前的諸多經(jīng)驗教訓(xùn)積累也讓這家公司的發(fā)展變得平順許多。目前，公司在國內(nèi)外量子精密測量領(lǐng)域保持著領(lǐng)先優(yōu)勢，估值已近 30 億元。

自主技術(shù)，最高可測到單個自旋產(chǎn)生的磁信號

談到量子精密測量技術(shù)，賀羽打個比方，我們可以用體溫計去測人的體溫，但卻不能用這支體溫計去測一只蚊子的體溫，為什么？因為體溫計本身比蚊子大太多了，我們沒法用一個大的傳感器去測一個微小個體的更多參數(shù)。

而如果科學(xué)家要對單個細胞、單個核酸分子、單個藥物蛋白分子進行成像研究，那么就需要比細胞、分子更小的傳感器對其進行表征，去快速測量分析它們的結(jié)構(gòu)，比如量子傳感器。

賀羽介紹，量子精密測量其實是量子計算的一種衍生技術(shù)。

不管是量子通信、量子計算還是量子精密測量，它們的基本單位都被稱作量子比特。因為量子比特對環(huán)境非常敏感，只要磁場、溫度、電場、震動、壓力等外部環(huán)境發(fā)生一點微弱波動，就會引起量子比特的劇烈變化，所以這是它很難去做大規(guī)?；蛘叨啾忍亓孔佑嬎阋粋€重要的原因。

但科學(xué)家們自然也想到了，既然它對環(huán)境這么敏感，那能否利用這種特性把缺點變成優(yōu)點？這就推動了量子精密測量的誕生，使用量子比特對環(huán)境的敏感性和其他量子技術(shù)原理，對物理量進行更高分辨率和更高精度的測量技術(shù)。

就目前而言，賀羽表示其團隊的技術(shù)水平最高可以測到單個自旋產(chǎn)生的磁信號，這相當(dāng)于自然界中最小的磁鐵所產(chǎn)生的信號。

據(jù)了解，賀羽團隊目前開發(fā)出的最高精尖儀器設(shè)備類別被稱為 “量子鉆石系列”，技術(shù)原理上，這些設(shè)備都是通過控制光、電、磁等基本物理量，實現(xiàn)對鉆石中氮 —— 空位（NV 色心）發(fā)光缺陷的自旋進行量子操控與讀出。

以此開發(fā)出來的產(chǎn)品，如量子鉆石單自旋譜儀，可以作為自旋磁共振為原理的量子實驗平臺，而量子鉆石原子力顯微鏡，則可實現(xiàn)磁學(xué)性質(zhì)的定量無損成像，達到納米級的高空間分辨率和單個自旋的探測靈敏度，目前已具備 10 納米的分辨率。

賀羽表示量子精密測量技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。直觀來說，比如在醫(yī)療領(lǐng)域，高分辨率醫(yī)學(xué)成像可檢測出單個癌變細胞，可用于疾病早期診斷；在科研方面，可以解析單個分子的結(jié)構(gòu)，為新藥研發(fā)提供更好的基礎(chǔ)；還可以對新材料發(fā)現(xiàn)、超導(dǎo)研究等領(lǐng)域起到很大推動作用。

在延展應(yīng)用方向上，例如在工業(yè)領(lǐng)域，可用在汽車電源管理系統(tǒng)中，更精準的測量能帶來更高效的電源管理；更高精度、更寬溫度范圍的電流測量，可作為電流互感器，應(yīng)用在電力電網(wǎng)系統(tǒng)；高分辨率芯片電流的分布成像，可用于芯片檢測和設(shè)計；更高精度的原子鐘，能帶來更高精度的 GPS 定位。新一代定位導(dǎo)航、激光制導(dǎo)、水下定位，均能用上量子精密測量技術(shù)。

值得關(guān)注的是，在該技術(shù)方向上，賀羽的導(dǎo)師杜江峰院士帶領(lǐng)課題組在今年也取得了不少科研突破，例如今年 9 月份一篇發(fā)表在 Nature 出版集團旗下期刊《npj Quantum Information》上的論文，杜江峰研究團隊利用人工智能的方法應(yīng)用于二維核磁共振譜的數(shù)據(jù)處理與分析，相比以往的處理方式，最終使得在時間消耗僅為 10% 的條件下，獲得了近 4 倍信噪比的提升，二維譜是單分子結(jié)構(gòu)解析的基礎(chǔ)，該工作提供了一種適用于二維核磁共振譜學(xué)加速的普適方法。

這些實驗室比較前沿的研究，也為賀羽團隊提供了更多可以參考的技術(shù)產(chǎn)品改進方向，完成從學(xué)術(shù)到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化相互推進的循環(huán)。

有意思的是，除了比較高精尖的專業(yè)科研儀器設(shè)備，賀羽團隊還開發(fā)了一款金剛石量子計算教學(xué)機，他介紹，這是一個 2 比特的量子計算機，因為量子計算和量子精密測量底層技術(shù)是一樣的，所以核心技術(shù)能做出各種各樣的應(yīng)用，也包含量子計算的應(yīng)用。

這款教學(xué)機目前已進入了 30 余所高校，可以給學(xué)生去演示什么是量子比特、量子疊加、量子相干和磁共振現(xiàn)象等實驗，學(xué)生們還能了解量子邏輯門，進行簡單的量子編程演練，去客觀感受為什么量子計算比經(jīng)典計算更快，激發(fā)更多年輕人入門量子科技。

另外，賀羽帶領(lǐng)團隊也在不斷改進早期推出的 EPR 技術(shù)平臺和產(chǎn)品性能，同時在量子測控技術(shù)和電子顯微鏡領(lǐng)域也均有關(guān)鍵產(chǎn)品布局。

打造中國的先進儀器產(chǎn)業(yè)集群

據(jù)賀羽介紹，除了比較親民的教學(xué)級產(chǎn)品以外，公司其他專業(yè)級儀器的單臺售價大概在幾百萬區(qū)間到 1000 多萬不等，在做產(chǎn)品布局的時候，團隊前期更多考慮的是 “技術(shù)可達”，即掌握了一系列核心技術(shù)支撐，來摸索落地方向，接下來將會更多融合市場客戶需求進行改進。

“整個儀器行業(yè)的特點，總結(jié)來說就是核心技術(shù)高門檻、解決方案碎片化。本來的產(chǎn)品線就是碎片化的，需要面向不同的應(yīng)用場景，去做不同的產(chǎn)品應(yīng)用，所以說我們可能還會不斷地去布局新的產(chǎn)品線?！?賀羽說道。

關(guān)于公司的未來，他的愿景是想帶領(lǐng)團隊成為中國科學(xué)儀器賽道的龍頭，打造出一家 “中國的賽默飛世爾（Thermo Fisher Scientific）”，打造中國的先進儀器產(chǎn)業(yè)集群。賽默飛世爾是一家美國生物技術(shù)和器械企業(yè)，目前市值為 1800 多億美元，年銷售額達 250 億美元左右。

高端儀器行業(yè)并沒有多么花哨的商業(yè)模式，基本遵循著類似的運作方式，比如出售設(shè)備、租設(shè)備，以及后續(xù)提供耗材、試劑、售后等長線服務(wù)。

他預(yù)估，未來 3～5 年公司應(yīng)該會保持一年一倍以上的增長速度，但前提是，技術(shù)和產(chǎn)品性能在國內(nèi)乃至世界范圍內(nèi)保持領(lǐng)先。此外，團隊會堅持 “鼎新革故，行業(yè)賦能” 的理念，打造出一些全球首創(chuàng)的高端儀器，去解決國內(nèi)固有的被卡脖子的市場問題，并用核心的量子傳感技術(shù)、測控技術(shù)等去賦能各行各業(yè)，這是持續(xù)探索的方向。

2020 年，我國量子科技發(fā)展得益于政策引導(dǎo)和扶持，按下了 “快進鍵”，但與此同時，市場的泡沫也在隨之激增。

賀羽認為，不管是國家還是企業(yè)，大到一定體量，都不能丟掉量子科技這張船票，因為它有望顛覆現(xiàn)有的信息技術(shù)，現(xiàn)階段各國或者資本市場的投入肯定是不會少，這讓一種原先非常冷門的科學(xué)，現(xiàn)在市場熱度變得過高。

“有些人把它解讀為無所不能，對于真正做量子方向的科學(xué)家們而言其實比較反感，我覺得這樣沒必要，包括做量子產(chǎn)品本身的從業(yè)者如果去講大話，也是自掘墳?zāi)沟男袨?，并不有利行業(yè)的健康發(fā)展。量子科技未來會有極大的延展可能性，人們對它懷有無窮的暢想，但它目前確實仍是一個 ‘嬰兒’，并不能包治百病?！?/p>

雖然身處于 “量子科技” 這波熱潮的風(fēng)口浪尖，公司也得到了快速的發(fā)展壯大，但賀羽更期待行業(yè)接下來能回歸到理性和科學(xué)的發(fā)展邏輯。