一直以来，光刻机都是我们的短板，导致我们无法在芯片领域取得突破，一些高科技产业也受到美国的限制。 美国为了打压我们的高科技，可谓是无所不用其极，但我们无所畏惧，我们要做的就是尽快实现技术突破。那我们该如何打破封锁呢？光量子芯片或许是一个答案。 光量子芯片为什么不需要光刻机？ 传统的硅基芯片是半导体，利用的是半导体的通断，通路是＂0＂和断路是＂1＂，来进行二进制计算，因为只能出现＂通＂和＂断＂其中一种情况，就是＂非0即1＂。 但是光量子芯片不同，利用的是量子力学进行二进制计算，因为光粒子可以进行垂直偏振和水平偏振，这样光粒子垂直偏振叫＂0＂，水平偏振叫＂1＂。 举个例子，大海里有种鱼叫小丑鱼，有的时候雌性，有的时候雄性，可以变化，如果我们用数学表示，小丑鱼雌性的时候是＂0＂，雄性的时候是＂1＂，但事实上，小丑鱼是雌雄同体，也就是＂既0又1＂，跟前面说到的＂非0即1＂是不一样的概念。 小丑鱼的雌雄同体是独属于它的生物特征，光量子垂直偏振和水平偏振也是独属于它的物理特征，我们称光粒子这种特征为量子比特。 不过小丑鱼会在大海里遨游，如果遇到另外一只小丑鱼，四目相对时，它们的性别有几种情况？分别是一雌一雄、一雄一雌、两雌或两雄，四种情况，那么两个光子的量子比特在一起，用数学可表达为 10 、01、 11、00四个状态。 如果是3只小丑鱼相遇，它们的性别有多少种情况？其实就是2的三次方，也就是8种，如果是20只小丑鱼相遇呢？性别的可能性有多少种？是2^20种可能，光粒子同样。 半导体芯片是同时刻只能描述一种情况，量子芯片可以一瞬间描述多种情况，但是取决于量子比特的数量，数量越多，可以同时计算的事儿越多。但是光粒子聚在一起是极为困难的，所以需要人为干涉，如何干涉呢？关注我，了解更多中国科工的真相。 用量子纠缠，通过观察发现，一种原子衰变成两个粒子，它们之间的电荷相反，彼此之间有磁场影响，但是在一起时又能量守恒，如果让一个粒子顺时针旋转，另一个会马上会以逆时针旋转，有点像天使和恶梦，必然对着干，但是又相互依存。 利用这个原理，我们用光束照射某种特殊的设备，会产生两个光粒子，它俩一出现就会存在量子纠缠状态，如果我们再用同样的方法生产一对光粒子，如果将这两对中各一个光粒子，人为进行量子纠缠，四个粒子就会产生量子纠缠状态， 光粒子弄得越多，能描述的状态越多，但是因为彼此之间都是有电荷的，所以会有磁场干扰，不好控制。 这对于制造光量子芯片就有了要求，需要芯片能控制好光粒子，还要观察光粒子的变化，通过模拟电路把光粒子的变化转成电信号，需要更多的是的光学元件，而不是电器元件。 量子芯片的制造工艺和半导体完全不同，好的半导体芯片要求的是晶体管数量，光量子芯片的要求的是，能控制储存光粒子中量子比特的数量，从制造原理和工艺天差地别，光量子芯片制造当然不需要光刻机。 我们的量子芯片有何突破？ 摩尔定律说过，芯片每18个月算力提高一倍，但是现在半导体芯片的算力已经快到了摩尔定律的极限，主要原因是硅晶片单位面积承受的晶体管数量，已经到了硅分子的物理极限，所以发展新的芯片势在必行。 能超越硅基芯片的有两种芯片，一种是碳基芯片，另一种是量子芯片。 碳基芯片是因为良好的分子结构和物理性质，可折叠，单位面积可以承载更多的晶体管，散热能力强，功耗低等特点，但是碳基芯片还是属于传统半导体芯片的一种，不过目前来说碳基芯片的芯片的研究进度是不错的，代替硅基芯片的可能性是很大的，甚至说下一代芯片就是碳基芯片。 但是我们不仅要关注眼前，还要关注未来，因为未来是量子芯片的天下，各个国家对于量子芯片的研究都处于初级阶段，没有太大差距，我国目前研究出来的是6个量子比特的芯片，相比于之前3量子比特的计算能力提高了8倍之多，实现重大突破，远超欧美的水准。 因为各个国家的巨头都在加速研究量子计算机和量子芯片，比如IBM 在2016 研究出5 位量子比特的量子计算机，目前已经开始研究50位量子比特的量子计算机，而微软在 2005 年就已经开始钻研量子计算技术。 谷歌则在2014 年宣布已经建成了 9 量子比特的机器，也是可编程的量子计算机中最大的一个，2016 年用了三个超导量子比特来模拟氢分子的基态量子计算机可以做到和传统计算机一样好，前段时间公布了76量子比特机器的制造计划。 阿里巴巴则在2017 年建立多个量子安全传输域，提供安全数据传输服务；并和中科大、中国科学院、浙江大学、中科院物理所等协同完成参与研发了世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机，2018年5月，阿里巴巴量子实验室施尧耘团队宣布成功研制当前世界最强的量子电路模拟器，名为太章。 大家这么积极研究量子计算的原因是什么？关注我，了解更多中国科工的真相。 量子计算机的计算能力是指数增长的，所以说不考虑材料的限制，量子芯片的算力是无限大的。 而未来是大数据的时代，我们每天都需要面对各种各样的数据，无人化和智能化的设备会雨后春笋般地冒出来，数据量和计算速度都是指数倍的增长，现有的算力迟早有一天会达到天花板。 不光如此，人类还需要探索外太空，我们需要对天体物理的研究有所突破，对量子力学研究有所突破，对暗物质的研究有所突破，这些都将是人类发展中面对的难题，而现在的超算的算力已经无法完成此类工作，只能用量子计算机，因为现有的量子计算机在计算单一问题早已超越了任何经典计算机。 目前还没有国家和公司制造出通用量子计算机，如果我们国家的通用量子计算机率先普及，那么在生物基因研究、航天工程、人工AI、大数据、芯片等绝大多数领域都会有所突破，这对于全世界人类的发展有着莫大的好处，也是我们为什么积极发展量子芯片和量子计算机的原因。 量子芯片能否打破西方科技霸权？ 作为一个靠谱的科普作者，我有必要告诉大家，量子计算子虽然很厉害，但功能还存在一定的问题，例如我们的＂九章＂量子计算机具有76个量子比特，但是只能计算单一的高斯玻色取样，现在的量子计算机算力可以碾压通用计算机，但是处理复杂事物的能力还远远不如通用计算机。 还有芯片是个产业化的东西，必须具备大量的工业生产能力，其实我们早就可以在实验室设计生产出3nm的芯片，但是不具备大规模生产的能力，荷兰ASML最新的光刻机厉害之处，是可以大规模光刻3nm的芯片，给大规模生产3nm的芯片创造机会。 此前还有消息称，我们正在研究另外一种设备，就是冰刻机。冰刻机的优点和缺点都比较明显。优点是冰刻机不需要使用昂贵的光刻胶和光源，可以选择的光源非常多。缺点就是，目前光刻机只能雕刻微米级别的芯片，跟目前最先进的3nm、5nm还有非常大的差距。 另外，受限于目前的技术水平，即使冰刻机能够迅速提升工艺，但也没法量产，这对于芯片行业就是最致命的问题。受限于篇幅问题，这里就不对冰刻机展开太详细的介绍了，感兴趣的可以看我之前的文章芯片不会再被卡脖子？中国冰刻机成功研发，弯道超车已经定局？ 如果我们能优先设计并制造通用量子计算机，同时我们的量子芯片具备规模化量产的能力，形成生态链，不仅可以打破西方的科技霸权，还可以＂弯道超车＂，突破欧美国家的技术封锁，甚至是＂卡＂他们的脖子，所以我们6比特的量子芯片面世，欧美媒体相继报道，因为他们意识到，我们在量子计算机领域是极有可能超越他们的存在，他们最好好自为之。 不过眼下在芯片领域，我们最先打破西方科技霸权的不是量子芯片，而是在碳基芯片，我们对于碳基芯片的研究进度领先于欧美，已经在研究的如何将碳基芯片产业化的问题，新产品的出现，是所有科技产物叠加的产物，期待我们通用量子计算机问世的那天，再次吊打欧美。