制造量子芯片，可以不用光刻机了吗？中美“标准之争”再次打响

大家还记得《流浪地球2》中的图丫丫吗？凭借着量子计算机的超强算力，她实现了电子永生。

同人画作

如今中美也在量子计算机领域不断开拓创新，一场没有硝烟的战争正在如火如荼地进行。

新的研发技术表明，量子芯片可能不再使用光刻机，这项技术究竟能够花落谁家？我们一起来看看。

量子芯片和光刻机

在此之前先带大家了解一下什么是量子芯片和光刻机，以免大家在看的过程当中产生障碍。

量子芯片也属于计算机芯片的一种，只不过它是将量子线路集成在芯片上，改变了原本芯片的硅和半导体的连接方式，使得计算机拥有更强大的运算能力。

芯片结构

我们可以简单将其看作是“电脑芯片”，不论什么芯片，都需要一台光刻机来制作，是芯片制造的核心装备。

而光刻机一直是我国在量子计算机领域的技术瓶颈，美国早在上世纪末就停止了对我国高端产品的出口，可谓是将我国的脖子卡得死死的。

光刻机内部构造

如果是传统的光刻机，我国也能够制造出来，关键是，想要制作新型量子芯片，就需要制作先进的紫外线光刻机，这是技术的最大难关。

这类高端的光刻机究竟有什么优势，让无国家对此垂涎不已？

光刻机剖析

我们就拿紫外线光刻机来举例子，它的最大技术核心亮点在于，直径小于5纳米的芯片晶圆，只能通过该设备进行制作。

据悉，荷兰的阿斯麦公司掌握的高端光刻机已经占据了市场90％以上的份额，这是什么概念呢？

意思就是，即使是老美想要制造量子芯片，也必须求着人家给，不过老美和欧洲有说不清的合作关系，只要钱到位，啥事儿都好说。

量子芯片模拟图

而且美国自己也有相关技术，可以说欧美国家就将95％以上的份额给锁定了。

在如此严峻的技术环境下，即使我们研发出了足够高端的光刻机，也很难进入到国际市场当中。

光刻机工作流程如图所示

于是，我国的研究人员另辟蹊径，直接绕开了光刻机。

中国技术

绕开光刻机能够制造芯片吗？答案是肯定的。

但注意的是，这里说得绕开光刻机并不是指彻底抛弃光刻机，而是在关键的领域使用其他技术。

比如微观光路就可以采用传统的光刻机进行制造，而量子调控装置、激光光源等领域，就需要新的技术来完成了。

这项新的技术就是光量子芯片，由上海交通大学的金贤敏团队领头开发，是世界上最大规模的集成光量子芯片。

芯片结构

相比较其他量子芯片来说，这种芯片的最大优势在于它足够大，能够承载更多的算法和计算任务，在竞争当中具备更大的优势。

当然，关于它的核心制备技术，我们就无从得知了，毕竟这个东西太过高端，不宜展示。

当我国研发出了这项技术之后，美国竟然厚无颜耻地想要和我们进行“技术共享”。

他们怎么也不会想到，我国竟然在短短几年内，就打破了他们的技术封锁，朝着量子芯片的新领域迈进。

目前，美国通过光刻机制造的量子芯片所研发出的是超导量子计算机，它在算力上远超传统计算机。

美国超导量子计算机

但是也有许多限制，比如计算机在工作的时候，必须通过低温的超导技术来完成。

而在超导的情况下，量子计算机内的量子纠缠能够维持的时间并不长，即使拥有强大的算力，其信息非常容易丢失。

总结一句话就是，美国的超导计算机技术并不完全成熟，许多领域已经进入到了瓶颈期。

关键是超导计算机必须要高端的光刻机进行制作，在技术上就可以卡死绝大多数国家，完全被束之高阁。

我国采用光量子芯片制作的九章量子计算机的优点恰好能够弥补超导量子计算机的缺点。

量子计算机领域的成就是咱们的骄傲

第一，九章量子计算机并不需要低温环境进行，对周围的环境要求很低，它主要是通过光子纠缠进行的计算，和超导没有太大关系。

由于光子在纠缠的过程当中持续的时间更长，九章量子计算机的算力维持时间也水涨船高，比美国的超导计算机要强太多了。

也难怪美国如此急切地想要和我们进行技术共享，如果我们的核心技术流露出去，说不定真的能够弥补超导计算机的缺陷。

但是，想到美国对我国历来的技术封锁和限制，我们肯定是不愿意贡献的。

不过，九章量子计算机也有缺点，有时候它会卡壳，当两个光子交汇的时候，并不发生纠缠反应，这是让人无法理解的。

九章量子计算机

不管是美国的超导量子计算机，还是中国的九章量子计算机，究竟孰优孰劣暂时还无法比较。

可以肯定的是，目前两种计算机都处于发展的最初阶段，未来的进步空间非常大。

比如，我国的九章计算机，当中的量子单位只有80个，如果能够像《流浪地球》那样，将量子单位数量增加到上万个，很难想象将会有多强大的算力。

中美竞争

未来，量子计算机领域的发展，势必会是中美竞争的焦点领域之一。

此前我国自主研发的四台量子计算机在合肥“亮相”。

成果展示

该计算机首次向我国公民开放，并且还是现实版《流浪地球2》中MOSS量子计算机的雏形。

在场参观的人员无不驻足惊叹，感受着中国计算机领域的发展之迅速。

研发人员表示，该量子计算机可以对药物的合成进行模拟计算，假如没有这些量子计算机的存在，用传统方式模拟药物合成至少需要20年。

而量子计算机这是可以将该行为缩短至几个周的时间，为人类的医学领域带来巨大进步。

可见，我国的量子计算机领域正在欣欣向荣发展，而我国相关领域起步晚，发展之迅速，让老美都不得不感叹。

我国的发展日新月异

在未来，中美在量子计算机领域的竞争，究竟谁会胜出？

相信大家都偏向于中国，这不仅是我们自带的“光环”加持，从历史发展来看，也证明了中国的高尖端领域创新能力是超过美国的。

要知道，美国从二战之后就一直是超级大国，如今在很多领域却被一个近代积贫积弱的中国赶超，已经足以证明中国的强大创新能力。

当然，我们在研发量子计算机的时候，也不可急功近利，所有的技术都要一步一个脚印，只有将基础打得足够牢固，才能实现更快的发展。

量子计算机物理知识点

中美在量子计算机领域的竞争，折射出的是千万个相关领域的竞争，如今中国的强大让老美都有些害怕，所以才会通过各种手段来打压中国。

只要中国人民有力量，国人有信心，迎难而上，就一定能够冲破难关，再创辉煌。

参考资料

【1】IBM量子计算机运行迄今最大量子程序 ．科技日报．2022-11-21

【2】中国科大：量子芯片开发取得重要进展 ．中国经济网．2016-03-02

【3】光刻机10亿一台仍供不应求 光刻机巨头ASML上调营收预期 ．光明网2021-10-3