近年來，量子科技發(fā)展突飛猛進(jìn)，已成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域，對促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全具有非常重要的作用。量子計算機(jī)甚至被稱為“信息時代原子彈”，已成為全球多國國家戰(zhàn)略。

谷歌曾稱，其研發(fā)的量子計算機(jī)成功在3分20秒時間內(nèi)，完成傳統(tǒng)計算機(jī)需1萬年時間處理的問題，并聲稱是全球首次實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。清華大學(xué)副校長、中國科學(xué)院院士薛其坤說，目前全球一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要百億TB的存儲量才能完成，而未來的量子存儲設(shè)備，可能只需指甲蓋大小就能存儲人類幾百年的信息數(shù)據(jù)……如此看來，量子計算技術(shù)已經(jīng)成為未來科技的重要發(fā)展趨勢。而量子芯片作為量子計算機(jī)的核心部件，則成為了業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。

與傳統(tǒng)經(jīng)典集成電路芯片不同，量子芯片需要經(jīng)過復(fù)雜的系統(tǒng)生產(chǎn)過程，像環(huán)境溫度、潔凈程度、噪聲、振動、電磁波以及微小雜質(zhì)顆粒等，都會對量子芯片產(chǎn)生影響。因此，來自安徽省量子計算工程研究中心的團(tuán)隊，成功研制出國產(chǎn)首個用于保存量子芯片的“冰箱”，并投入國內(nèi)首條量子芯片生產(chǎn)線使用。這讓我國在量子芯片的研發(fā)和系統(tǒng)生產(chǎn)中取得了顯著優(yōu)勢。

那么，這款“量子芯片冰箱”意義幾何？我國的量子技術(shù)市場化又將如何發(fā)展？今天，請跟隨《中國科技信息》一起來聊聊這些問題。

量子芯片是量子計算機(jī)的核心

量子芯片是量子計算機(jī)的核心部件。在量子計算中，作為量子信息單位的是量子比特，量子比特與經(jīng)典比特相似，只是增加了物理原子的量子特性。由于量子比特具有量子性，因此量子比特包含信息更多，且有望實(shí)現(xiàn)更快的計算速度。對比來看，一臺30個量子比特的量子計算機(jī)的計算能力和一臺每秒萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算的經(jīng)典計算機(jī)水平相當(dāng)。據(jù)科學(xué)家估計，一臺50比特的量子計算機(jī)，在處理一些特定問題時，計算速度將超越現(xiàn)有最強(qiáng)的超級計算機(jī)。

如此看來，作為“未來100年內(nèi)最重要的計算機(jī)技術(shù)”“第四次工業(yè)革命的引擎”，量子計算對于很多人來說，就像是屬于未來的“黑科技”，代表著人類技術(shù)水平在想象力所及范圍之內(nèi)的巔峰。世界各國紛紛布局量子計算并取得不同成就后證實(shí)，量子計算雖然一直“停在未來”，但“未來可期”。

而量子芯片作為量子計算機(jī)最核心的部分，則成為了目前該領(lǐng)域人們討論的重中之重，量子芯片是執(zhí)行量子計算和量子信息處理的硬件裝置。但由于量子計算遵循量子力學(xué)的規(guī)律和屬性，較傳統(tǒng)的經(jīng)典集成電路芯片而言，量子芯片在材料、工藝、設(shè)計、制造、封測等方面的要求和實(shí)現(xiàn)路徑上都存在一定差異。

傳統(tǒng)集成電路芯片主要指經(jīng)典計算機(jī)的硅基半導(dǎo)體芯片，它基于半導(dǎo)體制造工藝，采用硅、砷化鎵、鍺等半導(dǎo)體材料。而想要實(shí)現(xiàn)對于量子芯片中的量子比特的精確控制，對環(huán)境要求苛刻，不僅要超低溫，還要“超潔凈”，極其微弱的噪聲、振動、電磁波和微小雜質(zhì)顆粒都會擾亂信號，這對于量子芯片的材料和設(shè)計提出了更高的要求。

用“冰箱”為量子芯片“保鮮”

量子芯片的系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，需要經(jīng)過復(fù)雜的系統(tǒng)生產(chǎn)過程，對于環(huán)境的要求也十分“苛刻”，例如較為重要的超導(dǎo)材料對環(huán)境敏感度較高，在制作和存儲過程中如果環(huán)境不達(dá)標(biāo)，就容易和空氣中的氧氣、水分子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，吸附各類雜質(zhì)。

同時，如果流片過程中或者流片完成的量子芯片樣品儲存環(huán)境不達(dá)標(biāo)，超導(dǎo)量子芯片就會吸附各類雜質(zhì)，其關(guān)鍵部件——比如約瑟夫森結(jié)、超導(dǎo)電容等就會因此老化，導(dǎo)致量子比特頻率一致性變差、量子芯片相干時間降低，最終量子芯片的性能發(fā)生惡化。因此，如果量子芯片沒有妥善儲存，就會像食物暴露在空氣中“氧化腐爛”一樣，量子芯片也會因為“不新鮮”而無法使用。

因此，如何保證量子芯片的系統(tǒng)生產(chǎn)，以及如何讓量子芯片“保鮮”，成為了擺在科研人員面前的第一道難題。

對此，我國科研人員自主研發(fā)了量子芯片高真空存儲箱來放置量子芯片，這就是我國首款“量子芯片冰箱”?！傲孔有酒洹北举|(zhì)上是一個量子芯片高真空存儲箱，由安徽省量子計算工程研究中心研發(fā)，它可以為量子芯片提供高真空的保存環(huán)境，就像是冰箱一樣。研發(fā)人員用它調(diào)節(jié)存儲空間的室內(nèi)壓強(qiáng)，從而給量子芯片“保鮮”，避免其失去效用。

此外，這款量子芯片高真空存儲箱還具有三個保存腔體，單個腔體可獨(dú)立操作；同時配備了智能監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時監(jiān)控真空度，為芯片保存過程提供穩(wěn)定的高真空環(huán)境。研發(fā)人員還研發(fā)了人機(jī)交互功能界面，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備全自動化操作。可以說，“量子芯片冰箱”讓量子芯片的未來儲存有了著落。

我國量子芯片商用將加速發(fā)展

當(dāng)前，量子計算機(jī)被譽(yù)為新一輪科技革命的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，能夠在眾多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域提供超越經(jīng)典計算機(jī)極限的核心計算能力，在新材料研發(fā)、生物醫(yī)療、金融分析乃至人工智能領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要的作用。

早在2020年底，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊等人就成功構(gòu)建76個光子的量子計算原型機(jī)“九章”，成為全球第二個實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。其計算5000萬樣本的高斯玻色取樣的速度只需要200秒，而目前的超級計算機(jī)需要耗時6年。九章的誕生，將全球量子計算前沿研究推向了一個新的高度，其超強(qiáng)算力在圖論、機(jī)器學(xué)習(xí)、量子化學(xué)等領(lǐng)域具有潛在

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