光量子計算芯片是上海交通大學物理與天文學院金賢敏團隊通過“飛秒激光直寫”技術制備出節(jié)點數(shù)達49×49的芯片，是世界最大規(guī)模的三維集成光量子芯片，也是國內(nèi)首個光量子計算芯片。2018年5月，美國《科學》雜志子刊《科學—進展》發(fā)表了金賢敏團隊光量子計算芯片的最新研究成果。
近年來，關于通用量子計算機的新聞屢屢見于報端，IBM(國際商用機器)、谷歌和英特爾等公司競相宣告實現(xiàn)了更高的量子比特數(shù)紀錄，但幾十個甚至更多的量子比特數(shù)，若無法全互連、精度不夠且難以糾錯，通用量子計算依然難以實現(xiàn)。與之相比，模擬量子計算可以直接構建量子系統(tǒng)，無需依賴復雜量子糾錯。作為模擬量子計算的一個強大算法內(nèi)核，二維空間中的量子行走，能夠?qū)⑻囟ㄓ嬎闳蝿諏搅孔友莼臻g中的相互耦合系數(shù)矩陣中。當量子演化體系能夠制備得足夠大并且能靈活設計結構時，可以用來實現(xiàn)許多算法和計算任務，展現(xiàn)出遠優(yōu)于傳統(tǒng)計算機的表現(xiàn)。
近日，中科院傳出一條驚動全球科技界的好消息，我國已經(jīng)成功研制出新型芯片--光量子芯片，且該芯片一旦研發(fā)成功，即可解決EUV光刻機被卡脖子的問題。隨著科學技術的發(fā)展，人們已一只腳邁進了智能社會的門檻，大量智能電子產(chǎn)品隨處可見。隨著社會智能化的發(fā)展，芯片的地位越來越重要，已成為手機、電腦、智能汽車。航天、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)發(fā)展的基礎。
眾所周知，我國進入半導體行業(yè)較晚，技術積累薄弱，國內(nèi)企業(yè)在發(fā)展的過程中，太過于注重品牌知名度的提升，將大部分精力投入到了輕資產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，忽視了重資產(chǎn)行業(yè)的重要性，再者就是西方國家為了限制我國科技的崛起，早在幾十年前就簽訂了《瓦森堡協(xié)定》，禁止向我國出口高尖端技術。受多種因素的影響，國內(nèi)企業(yè)發(fā)展所需的芯片大部分從西方國家進口。芯片過于依賴進口，對我國科技的發(fā)展而言真的不是一件好事，華為的遭遇就是很好的證明!
2020年5月，美國為了絞殺華為，突然修改世界半導體行業(yè)規(guī)則，禁止全球使用美國技術超過10%的半導體企業(yè)與華為合作，直接引發(fā)了華為的芯片危機，業(yè)務發(fā)展受到了很大的影響，如手機業(yè)務，已從世界第一大手機廠商的寶座跌落，今年第一季度國內(nèi)市場份額從44%暴跌至16%，海外市場份額從去年的18.9%跌落至4%。美國之所以欲將華為置之死地而后快，并不全是因為華為在5G通信領域打破了高通等美企的壟斷，成為通信領域新的領頭羊，主要是因為華為強大的研發(fā)能力!
智能時代，芯片是核心。芯片對于智能設備的作用就好像人類的大腦對于軀殼的重要作用。在人體的腦部，有一個神經(jīng)中樞系統(tǒng)，它控制著人類的行動和想法。一個聰明的人，一定有一個聰明的腦袋。智能設備同樣如此，一個優(yōu)秀的智能設備，一定有一個強大性能的芯片。
芯片的性能強大與否與其所能承載的晶體管數(shù)量息息相關，數(shù)量越多，處理數(shù)據(jù)的能力越強，耗能越低。所以縮小晶體管的體積一直是芯片技術追求的目標，現(xiàn)在世界上最高端的芯片技術是3nm，不過在我們?nèi)粘５纳钌a(chǎn)中，像3nm和5nm這樣的芯片很少被應用，反而是28nm，55nm技術的芯片適用更普遍，這和時代的發(fā)展有關。
在我們這個時代，3nm和5nm的生產(chǎn)成本過高，也沒有更廣闊的適用。不過在時間的作用下，3nm，5nm的高端技術遲早會成為主流，而28nm，55nm的使用會變得更加低端，直到被淘汰。所以芯片高端技術之爭非常重要，這不是在競爭當下的市場，而是在競爭未來。不過我國在芯片競爭中落后了很多，在3nm芯片已經(jīng)面世的前提之下，我國能夠自主生產(chǎn)的芯片最多只達到14nm芯片，距離3nm還有7nm，5nm的門檻要跨過。現(xiàn)在我國被老美打壓，想要突破一代都需要耗費龐大的人力精力，并且等我國實現(xiàn)了技術突破，可能最高端的芯片技術已經(jīng)變成了1nm。
anadu和Imec正在合作開發(fā)用于容錯量子計算的光芯片。他們的共同目標是創(chuàng)建一臺量子計算機，一臺能夠執(zhí)行通用算法的大規(guī)模量子比特計算機，并能檢測和糾正可能影響計算的任何錯誤。他們的這種百萬量子比特計算機將利用光量子構建 ，方便客戶可以立即使用。此外，該項目的合作還包括制造可容錯的低損耗氮化硅量子電路。
在接受歐洲EE時報的采訪時，Imec業(yè)務發(fā)展經(jīng)理Amin Abbasi(阿明·阿巴西)和Xanadu硬件業(yè)務負責人Zachary Vernon(扎卡里·弗農(nóng))強調(diào)了量子計算機的未來應用前景?！坝行贸绦蚩赡懿恍枰耆蒎e就能提供計算價值，例如機器學習和組合優(yōu)化就是這樣。我們通過Xanadu的云平臺向用戶提供了一些在這些領域內(nèi)的應用，并發(fā)現(xiàn)量子計算最大的應用價值可能在于化學。但是如果沒有數(shù)百萬物理量子比特并能糾錯的量子計算設備，就無法解決這些問題?！盫ernon說。
Vernon補充道：“量子計算在充分發(fā)揮其應用價值之前，必須克服的最大障礙就是噪聲。要具備強大的糾錯能力，實現(xiàn)容錯優(yōu)勢，優(yōu)良的制造材料、高質(zhì)量的光刻工藝和芯片封裝至關重要?！睂τ谀承┨囟ㄓ嬎闳蝿眨捎媚軐崿F(xiàn)指數(shù)加速的量子計算可能比經(jīng)典計算更合適。而當下量子計算實用化的一個核心挑戰(zhàn)是要實現(xiàn)容錯，也就是在有噪聲的情況下，可以執(zhí)行不超過某個閾值的長度或大小的計算。因為在最基本的層面上，量子計算機可視作一臺利用量子門轉換并測量特定狀態(tài)的量子比特的機器，而在這些特定狀態(tài)下，量子門已經(jīng)利用了糾纏性將不同的量子比特融合，所以不可能描述出單個量子比特的狀態(tài)。
要知道，我國是屬于芯片行業(yè)起步較晚的國家，技術和人才儲備都很薄弱，我們要想實現(xiàn)在光量子芯片領域的領先，付出的汗水將是發(fā)達國家科研人員的幾百倍!
對于光量子芯片的發(fā)明，不少業(yè)內(nèi)人士認為，其重要性不亞于計算機的發(fā)明，誰率先掌握了這種技術，誰就可以領跑一個新的時代!
筆者堅信，隨著我國科研人員的不斷付出，我們必將能在短時間內(nèi)攻克光量子芯片所有技術難關，實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，打破美國的芯片封鎖，成為新時代的領跑者!
下載文檔
