制造量子芯片，可以不用光刻机了吗？中美“标准之争”再次打响

　　大家还记得《流浪地球2》里面的亚亚图吗？依靠量子计算机的超强计算能力，她实现了电子永生电子永生。

　　

　　同人艺术

　　现在中美两国也在量子计算机领域不断开拓创新。一场没有硝烟的战争如火如荼地进行着。

　　新研发技术表明，量子芯片或将不再使用光刻机。谁可以使用这项技术？一起来看看吧。

　　量子芯片与光刻机

　　在此之前，先带大家了解一下什么是量子芯片与光刻机，以免在观看的过程中出现障碍。

　　量子芯片也是计算机芯片的一种，只是在芯片上集成了量子电路，改变了原有芯片的硅与半导体的连接方式，使计算机具有更强大的计算能力。

　　

　　芯片结构我们可以简单地把它看成是“电脑芯片”。无论什么样的芯片，都需要一台光刻机来制作，这是芯片制造的核心设备。

　　光刻机一直是我国在量子计算机领域的技术瓶颈。美国早在上世纪末就停止向我国出口高端产品，可以说是卡死了我国的脖子。

　　

　　光刻机内部构造如果是传统的光刻机，我国也可以制造。关键是，要想做出新的量子芯片，就需要做出先进的紫外光刻机，这是最大的技术难点。

　　这种高端光刻机到底有什么优势，让没有一个国家觊觎？

　　

　　光刻机解析

　　我们以紫外光刻机为例。其最大的技术核心亮点在于，只有该设备才能加工直径小于5纳米的芯片晶圆。制作。

　　据悉，荷兰ASML掌握的高端光刻机已经占据了90%以上的市场份额。这是什么概念？的意思就是老梅就算要造量子芯片，也得请别人来提供。不过，老美和欧洲有着莫名的合作关系。只要钱到位，什么都可以谈。

　　

　　量子芯片仿真图

　　而且美国本身就有相关技术。可以说欧美国家已经锁定了95%以上的股份。

　　在如此严峻的技术环境下，即使研发出足够高端的光刻机，也很难进入国际市场。

　　

　　光刻机的工作流程如图

　　于是，我国的研究人员另辟蹊径，直接绕过了光刻机。

　　中国技术

　　能绕过光刻机做芯片吗？答案是肯定的。

　　但要注意，这里绕过光刻机并不是说完全放弃光刻机，而是在关键领域使用其他技术。

　　例如微光电路可以使用传统的光刻机制造，而量子控制器件、激光光源等领域则需要新技术来完成。这项新技术就是光量子芯片，是上海交通大学金宪民团队研发的。它是世界上最大的集成光量子芯片。

　　

　　芯片结构

　　与其他量子芯片相比，这款芯片最大的优势在于足够大，可以承载更多的算法和计算任务，在竞争中具有更大的优势。

　　当然，其核心制备技术我们无从知晓。毕竟这东西太高端了，不能摆出来。

　　我国研发出这项技术的时候，美国还不要脸的要跟我们“分享技术”。他们怎么也想不到，我国会在短短几年内打破他们的技术封锁，迈向量子芯片新领域。

　　目前，美国通过光刻机制造的量子芯片研制出超导量子计算机，计算能力远超传统计算机。

　　

　　美国超导量子计算机

　　不过，也有很多局限性。例如，计算机在工作时，必须通过低温超导技术来完成。

　　在超导的情况下，量子计算机中的量子纠缠是无法长期维持的。即使拥有强大的计算能力，其信息也极易丢失。

　　总之，美国的超导计算机技术还没有完全成熟，很多领域都进入了瓶颈期。

　　关键是超导计算机必须用高端光刻机生产，技术上可以封锁绝大部分国家，彻底搁置。

　　我国用光量子芯片做成的九丈量子计算机的优点刚好可以弥补超导量子计算机的短板。

　　

　　量子计算机领域的成就是我们的骄傲

　　首先，九章量子计算机不需要低温环境，对周围环境的要求非常低。主要是通过光子纠缠进行计算，与超导无关。

　　因为光子在纠缠过程中持续的时间更长，所以九丈量子计算机的计算能力也得到了提升，比美国的超导计算机强多了。

　　难怪美国那么急于与我们分享技术。如果我们的核心技术被揭示出来，或许真的能够弥补超导计算机的短板。

　　不过，想到美国对我国的技术封锁和限制，我们肯定是不愿意出力的。不过，九丈量子计算机也有缺点。有时它会卡住。当两个光子相遇时，没有发生纠缠反应，这是无法理解的。

　　

　　九章量子计算机

　　无论是美国的超导量子计算机还是中国的九章量子计算机，目前还无法比较是好是坏。

　　可以肯定的是，目前这两款电脑都处于开发的初级阶段，未来还有很大的提升空间。

　　比如我国的九丈计算机只有80个量子单元。如果量子单元的数量能像《流浪地球》一样增加到数万个，很难想象计算能力会有多强大。

　　中美竞争

　　未来，量子计算的发展必然是中美竞争的重点领域之一。

　　4台我国自主研发的量子计算机“现身”合肥。结果展示

　　这台电脑是第一次对中国公民开放，也是真实版的MOSS量子计算机原型《流浪地球2》。

　　所有参观者都惊叹不已，感受到了中国计算机领域的飞速发展。

　　研发人员表示，量子计算机可以模拟药物的合成。如果没有这些量子计算机的存在，以传统的方式模拟药物的合成，至少需要20年。

　　量子计算机可以将这种行为缩短到几周，为人类医学领域带来巨大进步。

　　可见，我国的量子计算机领域正在蓬勃发展，而我国的相关领域起步晚，发展快，这让美国也唏嘘不已。

　　

　　中国的发展日新月异

　　未来中美在量子计算机领域的较量，谁会胜出？

　　相信大家都对中国有偏见。这不仅是我们自身“光环”的加持。从历史发展来看，也证明了中国在高科技领域的创新能力超越美国。

　　要知道，美国自二战以来就是超级大国，如今在很多领域被积贫积弱的中国反超，足以证明中国强大的创新能力。当然，我们在研发量子计算机的时候，不能急功近利。所有的技术都要循序渐进。只有打好基础，才能实现更快的发展。

　　量子计算机物理知识点

　　中美在量子计算机领域的竞争折射出数万个相关领域的竞争。现在中国的强大，让老美有些害怕，所以用各种手段打压中国。只要中国人民有面对困难的力量和信心，就一定能够战胜困难，再创辉煌。

　　参考资料

　　【1】IBM量子计算机运行迄今为止最大的量子程序。科技日报．2022-11-21

　　【2】中国科学技术大学：量子芯片研制取得重要进展。中国经济网．2016-03-02

　　【3】10亿台光刻机仍供不应求，光刻机巨头ASML上调营收预期。光明网2021-10-3