量子計算是各大科技公司競爭的下一個技術焦點，此前已經(jīng)有多種量子計算機問世，英特爾也在研發(fā)自己的量子芯片，而且走的是硅自旋量子，使用傳統(tǒng)的CMOS半導體工藝就能生產(chǎn)。

日前英特爾宣布推出名為Tunnel Falls的量子芯片，有12個硅自旋量子比特，進一步提升實用性，這也是英特爾迄今為止研發(fā)的最先進的硅自旋量子比特芯片，利用了英特爾數(shù)十年來積累的晶體管設計和制造能力。

在英特爾的晶圓廠里，Tunnel Falls是在300毫米的硅晶圓上生產(chǎn)的，利用了英特爾領先的晶體管工業(yè)化制造能力，如極紫外光刻技術（EUV），以及柵極和接觸層加工技術。在硅自旋量子比特中，信息（0/1）被編碼在單個電子的自旋（上/下）中。

硅自旋量子比特本質上是一個單電子晶體管，因此英特爾能夠采用與標準CMOS（互補金屬氧化物半導體）邏輯生產(chǎn)線類似的流程制造它。

英特爾認為，硅自旋量子比特比其他量子比特技術更有優(yōu)勢，因其可以利用先進晶體管類似的生產(chǎn)技術。硅自旋量子比特的大小與一個晶體管相似，約為50x50納米，比其它類型的量子比特小100萬倍，并有望更快實現(xiàn)量產(chǎn)?！蹲匀弧る娮訉W》期刊上的一篇論文1表示，“硅可能是最有機會實現(xiàn)大規(guī)模量子計算的平臺”。

同時，利用先進的CMOS生產(chǎn)線，英特爾可以通過其創(chuàng)新的制程控制技術提高良率和性能。Tunnel Falls的良率達到了95%，實現(xiàn)了與CMOS邏輯制程接近的電壓均勻性（voltage uniformity）。此外，英特爾可在每塊晶圓上實現(xiàn)超過24000個量子點。Tunnel Falls能夠形成可被相互隔離或同時操控的4到12個量子比特。

接下來，英特爾將繼續(xù)致力于提高Tunnel Falls的性能，并將其和英特爾量子軟件開發(fā)工具包（SDK）整合在一起，集成到英特爾的量子計算堆棧中。

此外，基于制造Tunnel Falls的經(jīng)驗，英特爾已經(jīng)開始研發(fā)下一代量子芯片，預計將于2024年推出。


為什么要研發(fā)量子芯片？

量子芯片究竟有多重要呢？其實在傳統(tǒng)芯片技術上，一直都是按照摩爾定律進行更新迭代，所謂摩爾定律就是芯片性能每隔18個月就會翻一倍，這也是為什么去年全球先進制程達到4nm，今年就已經(jīng)有3nm制程、甚至是2nm制程的芯片產(chǎn)品問世，可是接下來問題來了，因為隨著晶體管數(shù)量的不斷增加，制程工藝發(fā)展到1nm時，就會出現(xiàn)所謂的物理極限，也就是所謂的量子隧穿效應，這種效應將會讓芯片變得無法正常工作，因此傳統(tǒng)芯片的性能也就無法繼續(xù)往上提升了。

也正是因為如此，量子芯片成為了新的可能，因為量子芯片不存在物理極限，理論上可以一直往上升級，量子芯片所使用的原材料與傳統(tǒng)芯片不同，傳統(tǒng)芯片使用的是硅材料，所以存在物理極限，量子芯片原材料更為豐富，更是可以以超導體、半導體、絕緣體或者金屬等材料進行生產(chǎn)，包括量子芯片的工作邏輯也與傳統(tǒng)芯片大不相同，傳統(tǒng)芯片只有0和1分別代表開和關，量子芯片根據(jù)量子力學的原理，可以做到既是0又是1，同時還能處于0和1的疊加狀態(tài)，所以運行的算力也會更強。

總而言之，量子芯片已經(jīng)可以確定就是下一代的芯片產(chǎn)品，如今美國在傳統(tǒng)芯片領域卡住我們脖子，導致我們無法擁有高端芯片，可是在量子芯片領域，我們卻有著自己獨特的技術，是不存在被美國卡脖子的可能性，特別是最近幾年，我們不斷在量子芯片領域取得重大突破，更是無比振奮人心，比如中國科研團隊研制出的量子芯片冰箱，只要有了這個冰箱，就可以讓量子芯片正常工作，另外中國首條量子芯片生產(chǎn)線也投入使用。

包括還有本源量子團隊，已經(jīng)先后研發(fā)出中國首個自主研發(fā)的超導量子計算機本源悟源、中國首款量子計算機操作系統(tǒng)本源司南，以及中國首個量子計算云平臺，本源量子更是聯(lián)合相關行業(yè)單位成立了量子芯片聯(lián)合實驗室，并且建設了中國首條量子芯片生產(chǎn)線，先不說我們是否在量子領域領先全球，至少有一點不可否認的是，我們對量子技術的研究和布局是最深的，同時我們針對量子技術的投入也是最大的，如今國產(chǎn)芯片由于沒有光刻機，沒有高端芯片設計軟件，沒有芯片領域的核心技術，幾乎已經(jīng)看不到任何希望了，可是我們在量子芯片領域取得重大突破，又讓我們看到了國產(chǎn)芯片終于有救了。

世界各國積極布局量子科技

據(jù)中金公司研報，我國高度重視量子科技的研究與發(fā)展，“十四五”規(guī)劃中提出了組建一批量子信息國家實驗室，實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項目，隨后北京、上海、山東等21個省市在地方“十四五”規(guī)劃中都對量子信息領域做出了具體部署與項目支持。

英國、德國、美國等各國均加速布局量子科技研發(fā)項目并加大資金投入，全球量子科技產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟相繼成立。作為最有前景的前沿技術之一，量子科技成為必爭的前沿領域。

企業(yè)層面，互聯(lián)網(wǎng)巨頭如Google、IBM、Microsoft等均積極推進并發(fā)布了量子路線圖；初創(chuàng)公司也取得相應成就。我國的各大高校和機構近年來成績突出，進入全球量子計算領域研究的第一梯隊。

據(jù)光子盒預計，到2027年，全球量子計算行業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到87億美元；而到了2028年將快速增長到319億美元，行業(yè)進入爆發(fā)增長期，到2030年整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模預計將達到1197億美元，行業(yè)應用實現(xiàn)較大規(guī)模的推廣，整機采購、云服務與應用解決方案將獲得龐大的采購量；在隨后的5到10年內(nèi)，該產(chǎn)業(yè)規(guī)模將增長到2035年的6070億美元。

全球量子計算產(chǎn)業(yè)復合年均增長率自2022年至2027年為31.28%，而2027年至2035年增長為44.5%，向萬億級產(chǎn)業(yè)規(guī)模邁進。


量子芯片的未來發(fā)展方向？

1.提高量子比特的穩(wěn)定性和可控性

很多研究機構正在研究如何減少量子的噪聲干擾，以提高量子的穩(wěn)定性。


2.開發(fā)新型的量子芯片材料

量子芯片制造過程復雜，需要先進的技術和設備，為了降低成本很多研究機構正在研究新型的量子芯片材料。


3.量子芯片計算能力的提高

目前的量子芯片只能進行簡單的計算，為了提高量子芯片的計算能力，很多研究機構正在研究新的量子計算算法和量子編碼技術，以便更好地實現(xiàn)量子計算。

未來的量子芯片領域有著很大的發(fā)展空間，將會廣泛應用到各個領域，所以量子芯片是非常具有潛力的，未來的發(fā)展前景一定會特別好。