安徽合肥国内首条量子芯片生产线投运！我们与国际先进只差3年

　　国内首条量子芯片悟空芯生产线，自2022年1月在安徽合肥投入运营一年以来，已交付了多个批次的量子芯片，这种量子芯片是专门为悟空量子计算机配套的。
　　量子计算机悟空
　　量子计算，我们哪里行？
　　量子计算大家经常听到，并不陌生，但是量子芯片是什么呢？简单讲就是量子计算机的大脑。有人觉得这会不会又是骗经费的项目呢？带着这个疑问，我们来深度探究一下。
　　在说正题之前，小编先长长自家志气，看看咱们在量子计算领域有哪些拿得出手的本领。提到量子计算，其实这是一个研究范围很大的领域，有些方面欧美日做得不错，但有些方面我们则更为领先。
　　下面两张图表清晰地表明美国在量子算法、量子计算模型、量子比特的物理实现、量子计算机的核心量子纠错等方面要强于我国，但是咱们得益于量子通信的研究优势，在量子纠缠、量子退相干、量子传输协议、光量子计算等领域对美国有一定的优势，对主流的超导量子计算的攻关优势也较为显著。所以不必妄自菲薄，咱还是可以的。
　　量子计算，我们哪里还不行？
　　当然也不要盲目尊大。20世纪80年代量子计算的概念最早出现，物理学家保罗贝尼奥夫奠定了量子计算的基础；到了90年代，美国贝尔实验室的科学家提出了量子分解算法和量子搜索算法。要知道在10年前的2013年，量子计算对于我国而言还是陌生未知的领域。这样看我们与美国有着大约20年的科研和技术发展差距。但是，仅仅过了10年，我们跟世界先进水平之间是什么关系呢？
　　负责悟空量子计算机研制的本源量子负责人郭国平给出了自己的理解。他认为未来各国国力的竞争就是算力的竞争，量子计算机颠覆了传统的计算方式，形象地大概比较一下，一台量子计算机1秒的算力与1600台传统计算机的算力相当，所以就成了兵家必争之地。
　　近年来，美国以谷歌、IBM、英特尔、IonQ公司为代表的企业纷纷进军量子计算，所以发展迅速。作为行业龙头企业的带路人，郭国平理智地判断：我国量子计算芯片在战术层面仍处于落后的位置，与国外最先进技术有3年左右的差距，且差距有扩大的趋势。这就是我们在这场全球角逐中的位置。如果用数据说话的话，大家可以看一下：谷歌公司：主要致力于超导量子计算，2018年3月发布了72量子位的Bristlecone处理器；2019年10月谷歌量子人工智能实验室研制出54量子比特的可编程超导Sycamore处理器，宣称实现了量子霸权。
　　IBM公司：也致力于超导量子计算，宣布搞定了50量子位的计算机，并在2020年9月发布了65量子比特的Hummingbird处理器，并计划在20212023年分别推出127、433、1121量子比特的处理器‘’
　　英特尔公司：重点研发基于硅自旋量子比特的商用量子计算机，在2018年初交付了49量子位的超导测试芯片，被视为里程碑；在2019年12月公布首款低温控制芯片HorseRidge，能够控制多种量子比特（超导量子比特和自旋量子比特）。
　　IonQ公司：重点探索囚禁离子量子计算，是这个路径的领军者。2020年10月公布了32量子比特的量子计算机系统。
　　2019年8月，我国浙江大学ChaoSong等人成功研制含有20个量子比特的超导量子芯片，并通过该量子芯片成功实现了全局纠缠。
　　我国量子计算的行业龙头合肥本源量子，技术力量源于中国科技大学，在2017年10月上线本源量子计算云平台，采用超导量子芯片；并于2020年9月推出超导量子计算机本源悟源，搭载了6比特超导量子处理器夸父KFC6130。
　　咱们能不能弯道超车？
　　在传统计算机芯片研究生产领域，咱们产业基础薄，起步又晚，所以一直在瞄准国际先进水平在追赶，但是人家凭着发力早，早早占据了绝大多数的专利技术，对我国形成技术封锁。但是传统芯片目前发展速度趋缓，已经基本快到顶了。
　　现在的量子计算芯片却是一条新赛道，在这条赛道上，国际先进水平并没有落下我们多少，有的甚至我们在领跑。所以郭国平中肯地讲我们现在是换道超车，不过别人也很精明，我们能想到的别人也早想到了，传统芯片有30年的差距我们都没放弃，如今量子芯片只有3年的差距更应该咬得住。
　　谈超车尚早，但是咱们有换道超车的可能。这是因为量子计算芯片的研制不依赖于最先进的传统芯片生产线，在国内已经成熟的生产线上就可以完成。由于量子计算是新玩法，虽然有美国等公司仍然在专利技术领域跑马圈地，但是咱们也在努力地扩大地盘，鹿死谁手还不一定呢。比如量子本源就把未来的六大研发方向，分别是量子计算机、量子芯片、量子测控、量子软件、量子云、量子人工智能。
　　如今他们在悟空芯生产线上已经导入24台有关工艺设备，孵化了3套自研专用设备，生产出1500多个批次流片试制的产品。但是郭国平却说：功成不必在我，也许他这辈子都看不到真正的量子计算机的诞生，但是在下一次技术变革来临的时候，中国人不要再被卡脖子，等后人研发出来后，别忘了给他烧上一台。
　　硬核科普量子芯片
　　量子芯片是量子计算机的核心部件。目前有三种量子芯片被广泛研究，分别是：超导、半导体和离子阱量子芯片。三种芯片各有优劣：超导量子芯片：电路设计难度随着比特数增多而增大。
　　导体量子芯片：计算性能不如另两种，但完全基于传统半导体工艺，只要科学家能在实验室里实现样品芯片，其大规模工业生产理论上不存在问题。
　　离子阱量子芯片：计算性能优异，但体积庞大。
　　超导量子芯片：可以利用微纳加工工艺，超导约瑟夫森结是其核心元件。中间的绝缘层厚度一般小于10纳米，这样两块超导体内的Cooper电子对通过隧穿效应穿过绝缘层可以到达另一边。器件的外界电磁偏置使两块超导体的波函数的相位差产生联系，使得电子具有相当高的横跃此薄层量子力学的振幅。这种量子隧穿效应可以用来制作量子器件。
　　约瑟夫森结
　　半导体量子芯片：就是能够进行逻辑运算和处理量子信息过程的量子处理器，基于门控量子点操纵单电子自旋，是研制量子计算机的核心器件，类比于经典计算机全电控的半导体中央处理器（CPU）。差别在于传统计算机使用二进制的经典比特（用晶体管高低电平表示0和1），而量子计算机采用量子比特（每个数据位用微观量子态表示，除了可以处于0、1状态之外，还能同时处于1和0两种状态叠加态）。制备时首先通过分子束外延生长含有二维电子的基片材料；然后，通过高分辨电子束刻蚀、光学刻蚀等制备量子点结构的图形；最后，通过电子束蒸发金属镀膜，再利用金属剥离技术，获得半导体量子点芯片器件。
　　离子阱量子比特之间的相互作用力为库仑力。在该类型芯片中，用离子的内态能级编码量子位，而用晶态离子的集体振动声子态编码运动量子比特位。用于产生量子比特的原子就在芯片的中心位置，被激发并被电磁场和库仑相互作用所束缚。在高真空中使用电磁场捕获离子化的原子可形成电离后原子的势阱。
　　不同构型的离子阱结构图结语
　　期待我国未来能在量子计算的诸多领域能够换道超车成功，不再被国外卡脖子，没准反过来我们也能卡卡某些不友好国家的脖子。
　　参考资料，特此致谢！
　　1、《中美量子计算研发现状对比分析及启示》
　　2、《量子计算辟蹊径科教报国会有时专访本源量子创始人郭国平》
　　3、《量子芯片的研究现状与应用》