據(jù)量子計算芯片安徽省重點實驗室、安徽省量子計算工程研究中心消息，我國最新的自主可控超導量子芯片——“悟空芯”（夸父 KF C72-300）發(fā)布。

據(jù)悉，該量子芯片已在近期發(fā)布的中國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”上運行，能夠?qū)崿F(xiàn)量子疊加和糾纏等特性。該量子芯片的發(fā)布標志中國自主超導量子計算機制造能力從小規(guī)模開始進入中等規(guī)模階段。

“悟空芯”擁有72個超導量子比特，取名來源于孫悟空的“72變”，寓意著其強大計算能力及潛力，搭載該款量子芯片的量子計算機具備通用可編程能力，用戶可使用它開發(fā)量子計算應(yīng)用程序。

“悟空芯”是本源量子自主研發(fā)的夸父系列量子芯片，屬于第三代產(chǎn)品。第一代夸父6比特超導量子芯片KF C6-130在2020年研制成功。2021年，第二代夸父24比特超導量子芯片KF C24-100研制成功。

與前兩代量子芯片相比，第三代夸父超導量子芯片具有更高的相干時間，性能上有顯著提升。量子計算芯片安徽省重點實驗室副主任賈志龍博士介紹，“悟空芯”以及“本源悟空”量子計算機的發(fā)布，是中國超導量子計算機制造的一張新“入場券”，意味著中國超導量子計算機制造能力從小規(guī)模開始進入中等規(guī)模階段，具備了自主生產(chǎn)一定中等規(guī)模的可擴展的量子計算機芯片和系統(tǒng)的能力。

“悟空芯”采用了72個計算量子比特的設(shè)計方案，還包含126個耦合器量子比特，共有198個量子比特，其實際運行狀態(tài)下的比特弛豫時間T1≥15.3μs，退相干時間T2≥2.25μs。

安徽省量子計算工程研究中心副主任孔偉成博士表示，基于該款量子芯片的“本源悟空”量子計算機可一次性下發(fā)、執(zhí)行多達200個量子線路的計算任務(wù)，從而比只能同時下發(fā)、執(zhí)行單個量子線路的國際同類量子計算機，具有更大的速度優(yōu)勢。


量子芯片的意義

在當今的高科技領(lǐng)域，芯片制造技術(shù)無疑是一個國家科技實力的重要體現(xiàn)。然而，由于多種原因，中國在先進芯片制造技術(shù)上受到了很大的限制，其中光刻機的受限尤為突出。面對這樣的挑戰(zhàn)，中國科研人員將目光轉(zhuǎn)向了一種新興的芯片技術(shù)——量子芯片。那么，量子芯片能否成為中國在芯片領(lǐng)域的一個突破口，助中國打個翻身仗呢？

我們要明白什么是量子芯片。量子芯片與傳統(tǒng)芯片的最大區(qū)別在于其利用量子力學原理進行信息處理。量子比特，而非傳統(tǒng)的二進制位，是量子計算機的信息處理單元。這一革命性的技術(shù)有望在某些特定任務(wù)上超越傳統(tǒng)計算機，尤其是在大數(shù)據(jù)處理、加密和模擬等領(lǐng)域。

中國在量子芯片研究方面已經(jīng)取得了一系列重要的進展。國內(nèi)科研機構(gòu)和企業(yè)已經(jīng)在量子通信、量子計算和量子芯片等領(lǐng)域進行了深入的研究和開發(fā)。通過不懈的努力，中國已經(jīng)成功研制出多款量子芯片，并在某些特定應(yīng)用場景中得到了驗證。

量子芯片的商業(yè)化應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，量子芯片的制造需要極高的技術(shù)和工藝要求，尤其是對于量子比特的精確控制和穩(wěn)定性。其次，量子芯片的應(yīng)用場景目前還比較有限，主要集中在某些特定的領(lǐng)域，如密碼學和化學模擬等。此外，量子芯片的研發(fā)成本高昂，需要大量的資金和人力資源投入。

盡管如此，中國在量子芯片領(lǐng)域的研究和發(fā)展仍然具有重大的戰(zhàn)略意義。首先，量子芯片作為一種新興技術(shù)，有望在未來成為信息技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。通過在量子芯片領(lǐng)域的布局和投入，中國可以占據(jù)這一技術(shù)的前沿，掌握主動權(quán)。其次，量子芯片的發(fā)展有助于推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，包括材料、設(shè)備、封裝測試等環(huán)節(jié)，從而帶動整個產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展。此外，量子芯片還有望在國家安全、金融科技等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為國家的安全和發(fā)展提供強有力的支撐。

兩大技術(shù)分支被業(yè)界看好

據(jù)了解，硅基量子比特芯片、離子阱量子比特芯片以及超導量子比特芯片等是目前量子芯片的主流研究方向。其中，硅基量子比特芯片以及超導量子比特芯片是目前最受關(guān)注的兩大技術(shù)分支，業(yè)內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)取得了成績。

硅基量子比特芯片是利用硅材料的特殊性質(zhì)，將單個電子嵌入硅晶格中，實現(xiàn)硅基量子比特的制備。這種技術(shù)在制造上的成本相對較低，且與傳統(tǒng)半導體工業(yè)有天然的銜接。

英特爾是硅基量子比特芯片的主要玩家之一，其技術(shù)發(fā)展主要集中在硅自旋量子比特上。據(jù)了解，英特爾在2023年6月發(fā)布了全新的量子芯片Tunnel Falls，這款芯片包含了12個硅自旋量子比特，在300毫米的硅晶圓上生產(chǎn)制造，每塊晶圓上能夠?qū)崿F(xiàn)超過24000個量子點，從而形成可被相互隔離或同時操控的4到12個量子比特。業(yè)內(nèi)專家告訴《中國電子報》記者，英特爾的量子芯片技術(shù)的特點在于利用其原本的生產(chǎn)線工藝，實現(xiàn)了大規(guī)模集成，并通過提高比特的操控溫度，從MK提升到K級，使得量子芯片的集成化加工更近一步。

超導量子比特芯片是量子芯片領(lǐng)域的另一個重要分支，其核心是利用超導材料的獨特性質(zhì)來提高量子比特的操作性能。超導量子芯片同樣可以看作量子芯片的一種演進形式，通過引入超導技術(shù)，加強了量子比特的穩(wěn)定性和可控性，從而更好地適應(yīng)量子計算的需求。