光量子計算芯片是上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院金賢敏團(tuán)隊通過“飛秒激光直寫”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，也是國內(nèi)首個光量子計算芯片。2018年5月，美國《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)—進(jìn)展》發(fā)表了金賢敏團(tuán)隊光量子計算芯片的最新研究成果。

近年來，關(guān)于通用量子計算機(jī)的新聞屢屢見于報端，IBM(國際商用機(jī)器)、谷歌和英特爾等公司競相宣告實(shí)現(xiàn)了更高的量子比特數(shù)紀(jì)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(shí)現(xiàn)。與之相比，模擬量子計算可以直接構(gòu)建量子系統(tǒng)，無需依賴復(fù)雜量子糾錯。作為模擬量子計算的一個強(qiáng)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?wù)對應(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)計結(jié)構(gòu)時，可以用來實(shí)現(xiàn)許多算法和計算任務(wù)，展現(xiàn)出遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)計算機(jī)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(jī)被卡脖子的問題。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(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，我國進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)較晚，技術(shù)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(shù)。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(jìn)口。芯片過于依賴進(jìn)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(dǎo)體行業(yè)規(guī)則，禁止全球使用美國技術(shù)超過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(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，主要是因為華為強(qiáng)大的研發(fā)能力!

智能時代，芯片是核心。芯片對于智能設(shè)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(shè)備同樣如此，一個優(yōu)秀的智能設(shè)備，一定有一個強(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，這和時代的發(fā)展有關(guān)。

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(shù)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(shù)之爭非常重要，這不是在競爭當(dāng)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(dá)到14nm芯片，距離3nm還有7nm，5nm的門檻要跨過?，F(xiàn)在我國被老美打壓，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正在合作開發(fā)用于容錯量子計算的光芯片。他們的共同目標(biāo)是創(chuàng)建一臺量子計算機(jī)，一臺能夠執(zhí)行通用算法的大規(guī)模量子比特計算機(jī)，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(jī)將利用光量子構(gòu)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(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)了量子計算機(jī)的未來應(yīng)用前景?！坝行?yīng)用程序可能不需要完全容錯就能提供計算價值，例如機(jī)器學(xué)習(xí)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(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，并發(fā)現(xiàn)量子計算最大的應(yīng)用價值可能在于化學(xué)。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(shè)備，就無法解決這些問題。”Vernon說。

Vernon補(bǔ)充道：“量子計算在充分發(fā)揮其應(yīng)用價值之前，必須克服的最大障礙就是噪聲。要具備強(qiáng)大的糾錯能力，實(shí)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(guān)重要?！睂τ谀承┨囟ㄓ嬎闳蝿?wù)，采用能實(shí)現(xiàn)指數(shù)加速的量子計算可能比經(jīng)典計算更合適。而當(dāng)下量子計算實(shí)用化的一個核心挑戰(zhàn)是要實(shí)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(jī)可視作一臺利用量子門轉(zhuǎn)換并測量特定狀態(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(shù)和人才儲備都很薄弱，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(rèn)為，其重要性不亞于計算機(jī)的發(fā)明，誰率先掌握了這種技術(shù)，誰就可以領(lǐng)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(shù)難關(guān)，實(shí)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(lǐng)跑者!