光量子計(jì)算芯片是上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院金賢敏團(tuán)隊(duì)通過(guò)“飛秒激光直寫(xiě)”技術(shù)制備出節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)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(guó)內(nèi)首個(gè)光量子計(jì)算芯片。2018年5月，美國(guó)《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)—進(jìn)展》發(fā)表了金賢敏團(tuán)隊(duì)光量子計(jì)算芯片的最新研究成果。

近年來(lái)，關(guān)于通用量子計(jì)算機(jī)的新聞屢屢見(jiàn)于報(bào)端，IBM(國(guó)際商用機(jī)器)、谷歌和英特爾等公司競(jìng)相宣告實(shí)現(xiàn)了更高的量子比特?cái)?shù)紀(jì)錄，但幾十個(gè)甚至更多的量子比特?cái)?shù)，若無(wú)法全互連、精度不夠且難以糾錯(cuò)，通用量子計(jì)算依然難以實(shí)現(xiàn)。與之相比，模擬量子計(jì)算可以直接構(gòu)建量子系統(tǒng)，無(wú)需依賴復(fù)雜量子糾錯(cuò)。作為模擬量子計(jì)算的一個(gè)強(qiáng)大算法內(nèi)核，二維空間中的量子行走，能夠?qū)⑻囟ㄓ?jì)算任務(wù)對(duì)應(yīng)到量子演化空間中的相互耦合系數(shù)矩陣中。當(dāng)量子演化體系能夠制備得足夠大并且能靈活設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)許多算法和計(jì)算任務(wù)，展現(xiàn)出遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的表現(xiàn)。

近日，中科院傳出一條驚動(dòng)全球科技界的好消息，我國(guó)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(jī)被卡脖子的問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已一只腳邁進(jìn)了智能社會(huì)的門(mén)檻，大量智能電子產(chǎn)品隨處可見(jiàn)。隨著社會(huì)智能化的發(fā)展，芯片的地位越來(lái)越重要，已成為手機(jī)、電腦、智能汽車。航天、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

眾所周知，我國(guó)進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)較晚，技術(shù)積累薄弱，國(guó)內(nèi)企業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中，太過(guò)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(guó)家為了限制我國(guó)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(guó)出口高尖端技術(shù)。受多種因素的影響，國(guó)內(nèi)企業(yè)發(fā)展所需的芯片大部分從西方國(guó)家進(jìn)口。芯片過(guò)于依賴進(jìn)口，對(duì)我國(guó)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(guó)為了絞殺華為，突然修改世界半導(dǎo)體行業(yè)規(guī)則，禁止全球使用美國(guó)技術(shù)超過(guò)10%的半導(dǎo)體企業(yè)與華為合作，直接引發(fā)了華為的芯片危機(jī)，業(yè)務(wù)發(fā)展受到了很大的影響，如手機(jī)業(yè)務(wù)，已從世界第一大手機(jī)廠商的寶座跌落，今年第一季度國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額從44%暴跌至16%，海外市場(chǎng)份額從去年的18.9%跌落至4%。美國(guó)之所以欲將華為置之死地而后快，并不全是因?yàn)槿A為在5G通信領(lǐng)域打破了高通等美企的壟斷，成為通信領(lǐng)域新的領(lǐng)頭羊，主要是因?yàn)?a href="/tags/華為" target="_blank">華為強(qiáng)大的研發(fā)能力!

智能時(shí)代，芯片是核心。芯片對(duì)于智能設(shè)備的作用就好像人類的大腦對(duì)于軀殼的重要作用。在人體的腦部，有一個(gè)神經(jīng)中樞系統(tǒng)，它控制著人類的行動(dòng)和想法。一個(gè)聰明的人，一定有一個(gè)聰明的腦袋。智能設(shè)備同樣如此，一個(gè)優(yōu)秀的智能設(shè)備，一定有一個(gè)強(qiáng)大性能的芯片。

芯片的性能強(qiáng)大與否與其所能承載的晶體管數(shù)量息息相關(guān)，數(shù)量越多，處理數(shù)據(jù)的能力越強(qiáng)，耗能越低。所以縮小晶體管的體積一直是芯片技術(shù)追求的目標(biāo)，現(xiàn)在世界上最高端的芯片技術(shù)是3nm，不過(guò)在我們?nèi)粘５纳钌a(chǎn)中，像3nm和5nm這樣的芯片很少被應(yīng)用，反而是28nm，55nm技術(shù)的芯片適用更普遍，這和時(shí)代的發(fā)展有關(guān)。

在我們這個(gè)時(shí)代，3nm和5nm的生產(chǎn)成本過(guò)高，也沒(méi)有更廣闊的適用。不過(guò)在時(shí)間的作用下，3nm，5nm的高端技術(shù)遲早會(huì)成為主流，而28nm，55nm的使用會(huì)變得更加低端，直到被淘汰。所以芯片高端技術(shù)之爭(zhēng)非常重要，這不是在競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)下的市場(chǎng)，而是在競(jìng)爭(zhēng)未來(lái)。不過(guò)我國(guó)在芯片競(jìng)爭(zhēng)中落后了很多，在3nm芯片已經(jīng)面世的前提之下，我國(guó)能夠自主生產(chǎn)的芯片最多只達(dá)到14nm芯片，距離3nm還有7nm，5nm的門(mén)檻要跨過(guò)?，F(xiàn)在我國(guó)被老美打壓，想要突破一代都需要耗費(fèi)龐大的人力精力，并且等我國(guó)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，可能最高端的芯片技術(shù)已經(jīng)變成了1nm。

anadu和Imec正在合作開(kāi)發(fā)用于容錯(cuò)量子計(jì)算的光芯片。他們的共同目標(biāo)是創(chuàng)建一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，一臺(tái)能夠執(zhí)行通用算法的大規(guī)模量子比特計(jì)算機(jī)，并能檢測(cè)和糾正可能影響計(jì)算的任何錯(cuò)誤。他們的這種百萬(wàn)量子比特計(jì)算機(jī)將利用光量子構(gòu)建 ，方便客戶可以立即使用。此外，該項(xiàng)目的合作還包括制造可容錯(cuò)的低損耗氮化硅量子電路。

在接受歐洲EE時(shí)報(bào)的采訪時(shí)，Imec業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Amin Abbasi(阿明·阿巴西)和Xanadu硬件業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Zachary Vernon(扎卡里·弗農(nóng))強(qiáng)調(diào)了量子計(jì)算機(jī)的未來(lái)應(yīng)用前景?！坝行?yīng)用程序可能不需要完全容錯(cuò)就能提供計(jì)算價(jià)值，例如機(jī)器學(xué)習(xí)和組合優(yōu)化就是這樣。我們通過(guò)Xanadu的云平臺(tái)向用戶提供了一些在這些領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，并發(fā)現(xiàn)量子計(jì)算最大的應(yīng)用價(jià)值可能在于化學(xué)。但是如果沒(méi)有數(shù)百萬(wàn)物理量子比特并能糾錯(cuò)的量子計(jì)算設(shè)備，就無(wú)法解決這些問(wèn)題?！盫ernon說(shuō)。

Vernon補(bǔ)充道：“量子計(jì)算在充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值之前，必須克服的最大障礙就是噪聲。要具備強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)優(yōu)勢(shì)，優(yōu)良的制造材料、高質(zhì)量的光刻工藝和芯片封裝至關(guān)重要?！睂?duì)于某些特定計(jì)算任務(wù)，采用能實(shí)現(xiàn)指數(shù)加速的量子計(jì)算可能比經(jīng)典計(jì)算更合適。而當(dāng)下量子計(jì)算實(shí)用化的一個(gè)核心挑戰(zhàn)是要實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)，也就是在有噪聲的情況下，可以執(zhí)行不超過(guò)某個(gè)閾值的長(zhǎng)度或大小的計(jì)算。因?yàn)樵谧罨镜膶用嫔希孔佑?jì)算機(jī)可視作一臺(tái)利用量子門(mén)轉(zhuǎn)換并測(cè)量特定狀態(tài)的量子比特的機(jī)器，而在這些特定狀態(tài)下，量子門(mén)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(gè)量子比特的狀態(tài)。

要知道，我國(guó)是屬于芯片行業(yè)起步較晚的國(guó)家，技術(shù)和人才儲(chǔ)備都很薄弱，我們要想實(shí)現(xiàn)在光量子芯片領(lǐng)域的領(lǐng)先，付出的汗水將是發(fā)達(dá)國(guó)家科研人員的幾百倍!

對(duì)于光量子芯片的發(fā)明，不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，其重要性不亞于計(jì)算機(jī)的發(fā)明，誰(shuí)率先掌握了這種技術(shù)，誰(shuí)就可以領(lǐng)跑一個(gè)新的時(shí)代!

筆者堅(jiān)信，隨著我國(guó)科研人員的不斷付出，我們必將能在短時(shí)間內(nèi)攻克光量子芯片所有技術(shù)難關(guān)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，打破美國(guó)的芯片封鎖，成為新時(shí)代的領(lǐng)跑者!