高端光刻機(jī)不再必需?中國科研團(tuán)隊傳來喜訊,新型光量子芯片問世

相信關(guān)注中國科技發(fā)展的朋友都知道，在國內(nèi)的芯片制造領(lǐng)域，中芯國際無疑是目前規(guī)模和技術(shù)雙雙領(lǐng)先的國產(chǎn)芯片企業(yè)?？闪钊藷o奈的是長期以來受《瓦森納協(xié)定》的制約，中芯國際一直無法采購到芯片制造所需的關(guān)鍵設(shè)備——光刻機(jī)，以至于遲遲無法沖破芯片制造7納米制程這道門檻。

不過，此前中芯國際的梁孟松在其公開的辭職信中提及，2021年4月份，在7納米制程芯片方面，中芯國際將有望實現(xiàn)風(fēng)險量產(chǎn)。除此以外，在5納米和3納米制程的八大核心技術(shù)方面，中芯國際也早已有序地著手研發(fā)。

換句話說，目前中芯國際萬事俱備只欠東風(fēng)，只要芯片制造所需的關(guān)鍵設(shè)備——荷蘭ASML的EUV光刻機(jī)就位，不要說7納米芯片，就是更先進(jìn)的5納米，甚至3納米芯片都不再是問題。那時，中芯國際的芯片制造技術(shù)也將躍居世界領(lǐng)先地位。

但是我們都十分清楚，就目前來講，這股“東風(fēng)”只能是奢望，實在是很難等到了。因為前有《瓦森納協(xié)定》的制約，后有來自美國的阻力，以及其他不利因素的影響，例如當(dāng)前國內(nèi)僅存的一臺高端EUV光刻機(jī)，也因武漢弘芯資不抵債，不得不抵給了銀行。因此，我們與其向荷蘭苦求EUV光刻機(jī)，還不如想想如何能繞過它。

而就在近日，國內(nèi)傳來喜人消息，經(jīng)過中國科研團(tuán)隊的辛苦付出，一種新型的芯片問世了，它就是可編程光量子芯片。那么，是不是有了這種芯片，光刻機(jī)就不再需要了呢？從此以后，我們就能繞過光刻機(jī)，在芯片制造上不再被卡脖子了呢？

高端光刻機(jī)不再必需？

高端光刻機(jī)不再必需？中國科研團(tuán)隊傳來喜訊，新型光量子芯片問世

中國科研人員主導(dǎo)的國際團(tuán)隊26日在美國《科學(xué)進(jìn)展》期刊上發(fā)表論文說，他們研發(fā)出一款新型可編程光量子計算芯片，實現(xiàn)多種圖論問題的量子算法求解，有望應(yīng)用在數(shù)據(jù)搜索、模式識別等領(lǐng)域。

國防科技大學(xué)、軍事科學(xué)院、中山大學(xué)、北京量子信息科學(xué)研究院等中國科研機(jī)構(gòu)的研究人員與多國科研人員合作，采用硅基集成光學(xué)技術(shù)，設(shè)計并研發(fā)出這款新型可編程光量子計算芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)多粒子量子漫步的完全可編程動態(tài)模擬。

論文第一作者及通訊作者、軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院研究員強(qiáng)曉剛表示，該芯片首次實現(xiàn)了對量子漫步演化時間、哈密頓量、粒子全同性及交換特性等要素的完全可編程調(diào)控，從而支持實現(xiàn)多種基于量子漫步模型的量子算法應(yīng)用。

據(jù)論文共同通訊作者、中山大學(xué)教授蔡鑫倫介紹，光量子芯片技術(shù)采用微納加工工藝在單個芯片上集成大量光量子器件，是實現(xiàn)光量子計算機(jī)大規(guī)模應(yīng)用的有效途徑。論文共同通訊作者、國防科技大學(xué)研究員吳俊杰表示，隨著芯片規(guī)模及光量子數(shù)目的增加，該芯片的計算能力將快速增長，但實現(xiàn)真正實用化的量子計算仍需克服一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。

據(jù)介紹，量子漫步是一種量子物理世界的獨特數(shù)學(xué)模型，也是一類重要的量子計算模型，是許多量子算法的重要內(nèi)核。該新型可編程光量子計算芯片研制過程中，科研人員提出可動態(tài)編程實現(xiàn)多粒子量子漫步的光量子芯片結(jié)構(gòu)，能夠?qū)α孔勇窖莼瘯r間、哈密頓量、粒子全同性、粒子交換特性等要素進(jìn)行完全調(diào)控，實現(xiàn)不同參數(shù)的量子漫步過程，從而支持運行一系列基于量子漫步模型的量子算法?；谒峤Y(jié)構(gòu)，科研人員采用硅基集成光學(xué)技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了可編程光量子計算芯片。芯片上集成了糾纏光子源、可配置光學(xué)網(wǎng)絡(luò)等，通過電學(xué)調(diào)控片上元件實現(xiàn)對光量子態(tài)的操控，從而實現(xiàn)量子信息的編碼和量子算法的映射，具有高集成度、高穩(wěn)定性、高精確度等優(yōu)勢。通過對所研制光量子計算芯片的編程運行，演示了頂點搜索、圖同構(gòu)等圖論問題量子算法的求解。未來，隨著芯片規(guī)模和光子數(shù)目的增加，芯片可支持實現(xiàn)的圖問題規(guī)模將快速增長。

簡單來說，這種新型光量子芯片一旦成功實現(xiàn)商用，諸如7納米、5納米等制程工藝的研究將失去原有的意義，芯片制造領(lǐng)域也將邁進(jìn)一個新的里程。而過去讓無數(shù)芯片制造企業(yè)趨之若鶩的高端EUV光刻機(jī)將掉下神壇，高端光刻機(jī)不再必需，我們在芯片制造上也將告別過去被卡脖子的憋屈境況。

說到這里可能有人會問，在芯片制造方面，既然我們中國長期被卡脖子，技術(shù)也落后于別人，為什么還要自己去研發(fā)和制造芯片呢？甚至不惜投入大量的人力物力，冒著失敗的巨大風(fēng)險也要去研發(fā)前人未實現(xiàn)的光量子芯片呢？這里我們來看一個實例就明白了。

28年前，也就是1993年，由于美國突然停用GPS，一艘正在航行的中國貨輪因此導(dǎo)航失靈，不得不在茫茫大海上漂泊三十三天之久，還為此承受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這就是震驚中外的“銀河號事件”。

隨后，“要搞一套導(dǎo)航系統(tǒng)”的呼聲在國內(nèi)四起，我國也立即重視起來，展開研究，再三提出和實施可行方案，勢要杜絕此類事件再次發(fā)生。

不過，在開始的第一個方案并成熟，我國計劃在漂亮國原有GPS的框架下，通過多搭建地面站的方式來提高定位精度，從而滿足自己的定位需求。但很快這個方案就被放棄，因為如此一來，我國還是無法繞開漂亮國的GPS，一旦其再次停用，我們也無濟(jì)于事。

接著就有了第二套方案，當(dāng)時考慮到我國在定位系統(tǒng)方面的技術(shù)薄弱，選擇了和歐洲聯(lián)合研發(fā)，共同打造“伽利略全球定位系統(tǒng)”。可是沒想到最后成功了，核心技術(shù)我們還是一點沒占到，只是為他人做嫁衣，白白花了好幾億。

至此我們才恍然大悟，國之重器這一類技術(shù)只能自己研發(fā)，即使我們沒有技術(shù)、資金、人才，甚至什么都沒有，也不能合作更不能假手于人，必須自己一步一個腳印地自己做。于是這才有了后來可行的成熟方案，也就是如今大家所熟知的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。

過去，在做定位系統(tǒng)時，我們要如此；如今，在制造芯片時，我們也該如此。這也就是我們?yōu)槭裁匆约褐圃煨酒恼鎸嵲颉?/p>

毫無疑問，在芯片制造領(lǐng)域，當(dāng)前我國的技術(shù)水平和世界頂尖水平有一定差距，同時在芯片制造所需的關(guān)鍵設(shè)備——高端EUV光刻機(jī)，我們也至今被卡脖子，但是過去的實例已經(jīng)明確告訴我們，芯片我們要制造，還必須是自己制造。

2月26日，在高端光刻機(jī)光源方面，我國清華大學(xué)的科研團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種新光源，明顯優(yōu)于現(xiàn)有EUV光刻機(jī)所用的光源，為我國擺脫高端光刻機(jī)被卡脖子打下基礎(chǔ)；再加上近日，中國科研團(tuán)隊又另辟蹊徑，研發(fā)成功可編程光量子芯片，讓高端光刻機(jī)不再必需，邁入芯片制造新里程。

在芯片制造領(lǐng)域，我們?nèi)缃袷莾墒譁?zhǔn)備齊發(fā)力，一方面堅持在傳統(tǒng)光刻技術(shù)上不斷提高，努力追趕，另一方面更要敢于在量子芯片等新領(lǐng)域多多嘗試，力求有所突破，實現(xiàn)彎道超車。我們有理由相信，不出三到五年，在芯片制造領(lǐng)域，我國也能像在定位系統(tǒng)領(lǐng)域那樣做到獨立自主，不再受制于人。
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