中国科研团队传来喜讯,新型光量子芯片问世

       相信关注中国科技发展的朋友都知道，在国内的芯片制造领域，中芯国际无疑是目前规模和技术双双领先的国产芯片企业。可令人无奈的是长期以来受《瓦森纳协定》的制约，中芯国际一直无法采购到芯片制造所需的关键设备——光刻机，以至于迟迟无法冲破芯片制造7纳米制程这道门槛。
       不过，此前中芯国际的梁孟松在其公开的辞职信中提及，2021年4月份，在7纳米制程芯片方面，中芯国际将有望实现风险量产。除此以外，在5纳米和3纳米制程的八大核心技术方面，中芯国际也早已有序地着手研发。
       换句话说，目前中芯国际万事俱备只欠东风，只要芯片制造所需的关键设备——荷兰ASML的EUV光刻机就位，不要说7纳米芯片，就是更先进的5纳米，甚至3纳米芯片都不再是问题。那时，中芯国际的芯片制造技术也将跃居世界领先地位。
       但是我们都十分清楚，就目前来讲，这股“东风”只能是奢望，实在是很难等到了。因为前有《瓦森纳协定》的制约，后有来自美国的阻力，以及其他不利因素的影响，例如当前国内仅存的一台高端EUV光刻机，也因武汉弘芯资不抵债，不得不抵给了银行。因此，我们与其向荷兰苦求EUV光刻机，还不如想想如何能绕过它。
       而就在近日，国内传来喜人消息，经过中国科研团队的辛苦付出，一种新型的芯片问世了，它就是可编程光量子芯片。那么，是不是有了这种芯片，光刻机就不再需要了呢？从此以后，我们就能绕过光刻机，在芯片制造上不再被卡脖子了呢？
       高端光刻机不再必需？中国科研团队传来喜讯，新型光量子芯片问世
       中国科研人员主导的国际团队26日在美国《科学进展》期刊上发表论文说，他们研发出一款新型可编程光量子计算芯片，实现多种图论问题的量子算法求解，有望应用在数据搜索、模式识别等领域。
      
       国防科技大学、军事科学院、中山大学、北京量子信息科学研究院等中国科研机构的研究人员与多国科研人员合作，采用硅基集成光学技术，设计并研发出这款新型可编程光量子计算芯片，能够实现多粒子量子漫步的完全可编程动态模拟。
       论文第一作者及通讯作者、军事科学院国防科技创新研究院研究员强晓刚表示，该芯片首次实现了对量子漫步演化时间、哈密顿量、粒子全同性及交换特性等要素的完全可编程调控，从而支持实现多种基于量子漫步模型的量子算法应用。
       据论文共同通讯作者、中山大学教授蔡鑫伦介绍，光量子芯片技术采用微纳加工工艺在单个芯片上集成大量光量子器件，是实现光量子计算机大规模应用的有效途径。论文共同通讯作者、国防科技大学研究员吴俊杰表示，随着芯片规模及光量子数目的增加，该芯片的计算能力将快速增长，但实现真正实用化的量子计算仍需克服一系列技术挑战。
       据介绍，量子漫步是一种量子物理世界的独特数学模型，也是一类重要的量子计算模型，是许多量子算法的重要内核。该新型可编程光量子计算芯片研制过程中，科研人员提出可动态编程实现多粒子量子漫步的光量子芯片结构，能够对量子漫步演化时间、哈密顿量、粒子全同性、粒子交换特性等要素进行完全调控，实现不同参数的量子漫步过程，从而支持运行一系列基于量子漫步模型的量子算法。基于所提结构，科研人员采用硅基集成光学技术，设计实现了可编程光量子计算芯片。芯片上集成了纠缠光子源、可配置光学网络等，通过电学调控片上元件实现对光量子态的操控，从而实现量子信息的编码和量子算法的映射，具有高集成度、高稳定性、高精确度等优势。通过对所研制光量子计算芯片的编程运行，演示了顶点搜索、图同构等图论问题量子算法的求解。未来，随着芯片规模和光子数目的增加，芯片可支持实现的图问题规模将快速增长。
       简单来说，这种新型光量子芯片一旦成功实现商用，诸如7纳米、5纳米等制程工艺的研究将失去原有的意义，芯片制造领域也将迈进一个新的里程。而过去让无数芯片制造企业趋之若鹜的高端EUV光刻机将掉下神坛，高端光刻机不再必需，我们在芯片制造上也将告别过去被卡脖子的憋屈境况。
       说到这里可能有人会问，在芯片制造方面，既然我们中国长期被卡脖子，技术也落后于别人，为什么还要自己去研发和制造芯片呢？甚至不惜投入大量的人力物力，冒着失败的巨大风险也要去研发前人未实现的光量子芯片呢？这里我们来看一个实例就明白了。
       28年前，也就是1993年，由于美国突然停用GPS，一艘正在航行的中国货轮因此导航失灵，不得不在茫茫大海上漂泊三十三天之久，还为此承受了巨大的经济损失。这就是震惊中外的“银河号事件”。
       随后，“要搞一套导航系统”的呼声在国内四起，我国也立即重视起来，展开研究，再三提出和实施可行方案，势要杜绝此类事件再次发生。
       不过，在开始的第一个方案并成熟，我国计划在漂亮国原有GPS的框架下，通过多搭建地面站的方式来提高定位精度，从而满足自己的定位需求。但很快这个方案就被放弃，因为如此一来，我国还是无法绕开漂亮国的GPS，一旦其再次停用，我们也无济于事。
       接着就有了第二套方案，当时考虑到我国在定位系统方面的技术薄弱，选择了和欧洲联合研发，共同打造“伽利略全球定位系统”。可是没想到最后成功了，核心技术我们还是一点没占到，只是为他人做嫁衣，白白花了好几亿。
       至此我们才恍然大悟，国之重器这一类技术只能自己研发，即使我们没有技术、资金、人才，甚至什么都没有，也不能合作更不能假手于人，必须自己一步一个脚印地自己做。于是这才有了后来可行的成熟方案，也就是如今大家所熟知的北斗导航系统。
       过去，在做定位系统时，我们要如此；如今，在制造芯片时，我们也该如此。这也就是我们为什么要自己制造芯片的真实原因。
       毫无疑问，在芯片制造领域，当前我国的技术水平和世界顶尖水平有一定差距，同时在芯片制造所需的关键设备——高端EUV光刻机，我们也至今被卡脖子，但是过去的实例已经明确告诉我们，芯片我们要制造，还必须是自己制造。
       2月26日，在高端光刻机光源方面，我国清华大学的科研团队发现了一种新光源，明显优于现有EUV光刻机所用的光源，为我国摆脱高端光刻机被卡脖子打下基础；再加上近日，中国科研团队又另辟蹊径，研发成功可编程光量子芯片，让高端光刻机不再必需，迈入芯片制造新里程。
       在芯片制造领域，我们如今是两手准备齐发力，一方面坚持在传统光刻技术上不断提高，努力追赶，另一方面更要敢于在量子芯片等新领域多多尝试，力求有所突破，实现弯道超车。我们有理由相信，不出三到五年，在芯片制造领域，我国也能像在定位系统领域那样做到独立自主，不再受制于人。