问下量子科技发展前景时代的研发怎么样？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2024-01-07 04:45 标签： 量子科技发展前景
量子是什么？量子一词来自拉丁语quantum，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”。在物理学中常用到量子的概念，指一个不可分割的基本个体。例如，“光的量子”是光的单位。举个例子，用显微镜观察一个长一米、宽一米的物体，放大十倍，再放大十倍，然后放大一千倍，再放大一千倍，最后再放大一百亿倍，你就进入了量子的世界。量子世界里，所有物质都可以被还原成61种基本粒子。其中最重的基本粒子，质量也不超过3.1×10^(-25)千克。和宏观世界不同，量子世界里很多物理量是不连续的，比如质量，电荷，甚至是能量，都有一个最小的单元。 这些单元不可分割，任何数值只能取它们的整数倍。所谓量子，就是指上面这些不可分割的最小单元。而延伸出的量子力学、量子光学等更成为不同的专业研究领域。量子技术有什么用？20世纪初，科学家利用、控制宏观量子行为，开启了人类历史上最重大的科学革命之一，半导体、激光、核能、超导、核磁共振、和全球卫星定位系统等基于量子力学效应的信息技术问世，推动了信息、能源、材料和生命等科学领域的空前发展，从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌，促进了物质文明的巨大进步，被称作“第一次量子革命”。21世纪以来，随着人类对量子力学研究的不断深入，操控量子行为已进入微观物理体系（电子、光子等）。利用量子叠加态、纠缠态等物理特性，结合计算机科学原理，实现信息获取、处理和传输的量子信息技术由此诞生并快速发展。“第二次量子革命”拉开序幕。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域，可以在提升运算处理速度、信息安全保障能力、测量精度和灵敏度等方面突破经典技术的瓶颈。量子信息技术已经成为信息通信技术演进和产业升级的关注焦点之一，在未来国家科技发展、新兴产业培育、国防和经济建设等领域，将产生基础共性乃至颠覆性重大影响。以量子计算来说，其所带来的算力飞跃，有可能成为未来科技加速演进的催化剂，一旦取得突破，将在基础科研、新型材料与医药研发、信息安全与人工智能等经济社会的诸多领域产生颠覆性影响，其发展与应用对国家科技发展和产业转型升级具有重要促进作用。量子竞争关乎国运以量子计算、量子通信、量子精密测量为代表的量子信息技术已成为未来国家科技发展的重要领域，世界各科技强国都对其高度重视。世界重要国家纷纷开展了国家级量子科技战略布局，在进行顶层规划、研究应用布局的同时大幅增加投入。英国于2015年正式启动“国家量子技术计划”，目前已累计投资超过5亿英镑建立量子技术研发中心；德国在2018年提出“量子技术——基础到市场”框架计划，拟投入6.5亿欧元促进量子技术发展与应用；欧盟2016年发布投资总额超过10亿欧元的“量子宣言”旗舰计划，并于2018年10月启动首批19个科研类项目。图1：欧盟“量子宣言”旗舰计划首批科研项目美国更是在2018年通过《国家量子行动计划(NQI)》法案，计划在四年内增加量子信息科学领域12.75亿美元投资，同时发布《量子信息科学国家战略概述》，以确保美国在量子技术时代保持领先。日本、韩国、澳大利亚、以色列、印度等国也分别对本国的量子技术研究进行了大规模投资。我国对量子信息技术发展与应用同样是高度重视。在政策层面，国家通过五年规划的方式指导量子信息技术研究应用，并通过相关科研基金予以支持。人无远虑，必有近忧。不是所有的研究都能让你看到实实在在的应用，但这不代表它们没有意义。两千年前的人类不会想到研究打雷有什么意义，但现在电已经成为人类不可或缺的东西。两千年前的人类也不知道研究一堆发霉的食物有什么意义，但抗生素却是拯救了无数人的性命。我们不可能在知道什么东西有什么用之后才去研究它，科学向来是先研究明白了，才能想到它有什么用。你要问量子力学对现实生活有什么影响，我只会回答你，眼光放长远一些，只盯着眼前是不行的。
西方始料未及，中国第1条量子芯片正式投产，光刻机白限制了？芯片是现代工业的大脑，很多电子产品没有芯片就会陷入瘫痪当中，所以芯片是夺取制造业制高点的关键。尤其是在未来人工智能高速发展的情况下，高端芯片更是有可能成为决定各个国家产业竞争力的关键因素之一。也正因为意识到芯片的重要性，所以最近几年全球各国都非常注重对芯片的发展，有些国家为了保证他们继续领先地位，甚至通过一些乱七八糟的手段来限制其他国家半导体产业的发展。对于西方这种限制措施，包括我国在内的其他国家也在积极寻找替代方案，其中量子芯片就是我国实现突破的关键技术之一。相比传统芯片来说，量子芯片功能更强大，计算速度也更快。比如6月初，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队基于“九章”光量子计算原型机完成了对“稠密子图”和“Max-Haf”两类图论问题的求解，相比全球最快超级计算机使用当前最优经典算法精确模拟同一实验的速度快约1.8亿倍。而且如今中国的量子芯片研发已经处于全球前列，中国第1条量子芯片已经正式投产。6月末，位于合肥的本源量子计算科技公司第1条量子芯片生产线正式投产，这是中国第一家量子计算公司，我国第1台交付使用的量子计算机也将在这诞生。那这条量子芯片生产线到底长啥样呢？它有什么强大的功能呢？量子芯片是一种比较新的概念，所以它的生产过程跟传统的硅基芯片还是有一些差别的，在生产的过程当中，使用到的设备主要包括低温电子器件、量子芯片放大器、量子芯片测试仪、量子芯片探针卡等。具体生产过程主要是在硅基单量子点上生产量子点，再通过仪器加工成量子芯片，最后再将这些量子芯片放入到量子计算机当中进行最后的调试。相比量子芯片的制造而言，量子计算机的制造就非常复杂了，量子计算机最核心的技术就是量子体比特的实现。在运行的过程当中，量子比特通过减少量子纠缠关系、控制量子纠缠关系以及对比特进行操作来实现计算。整个制造过程需要使用到多种仪器和设备进行加工和调试，比如Si/Ge电子学制程、光刻工艺和强出射等。从整体来说，这种量子芯片的制造过程要比普通的芯片环节更少，但技术要求明显更高。说到这，很多网友可能比较关注一些问题。第一、量子芯片生产所使用的设备是国产还是进口？大家都知道目前我国的芯片行业之所以迟迟没有太大的突破，最直接的一个原因是我们有很多核心设备都没有掌握技术，都需要从外部进口，尤其是对于14纳米以下的芯片制造，很多先进设备对外部依赖度比较大，一旦外部限制向我国出口这些先进设备，我们就很难有太大的突破。比如最近一段时间，日本、荷兰等一些国家就出台措施限制向中国出口一些先进半导体设备，其目的就是为了限制中国14纳米以下先进芯片的发展。正因为有了这种经历，所以很多人都非常关注我国量子芯片的生产设备到底是国产还是从外部进口？至于量子芯片生产过程当中需不需要用到一些进口设备，我们不太清楚，但可以肯定是，我国量子芯片已经形成了相对比较完善的产业链，我们已经成功开发出国产自主量子芯片设计软件及国产量子芯片无损检测(比如NDPT-100无损探针仪)，激光修复(比如 MLLAS-100激光退火仪)等核心硬件设备，这些设备就像传统芯片制造过程的光刻机一样，是量子芯片的工业母机，所以对外部的依赖度明显要比传统芯片低很多。第二、量子芯片生产需要用到光刻机吗？在传统的芯片制造过程当中，光刻机是非常核心的一个设备，光刻机占整个芯片的生产成本可以达到25%左右。而光刻机一直是我国半导体行业的一个痛点，目前全球最先进的光刻机被荷兰的ASML垄断，想要制造7纳米以下芯片，只能采购他们的EUV光刻机。因为有垄断优势，所以ASML的光刻机售价非常昂贵，一台先进光刻机售价都达到1亿美元以上，用于制造2纳米的最先进光刻机甚至达到4亿美元，一台光刻机就差不多可以买三台空客A320飞机了。但就算EUV光刻机再贵，我们有钱也买不到，因为各种各样的原因，ASML不能向我国出口EUV光刻机，所以导致我国的先进芯片制造没法取得太大的突破。那在量子芯片的生产过程当中，是否需要用到光刻机呢？我们是否会被外部卡住脖子呢？首先可以肯定的是，在量子芯片的生产过程当中，有部分工艺和零部件确实需要用到光刻机，只不过对光刻机的工艺要求并不是很高。比如微观光路就可以采用传统的中低端光刻机进行制造，这种中低端光刻机我国就可以自行生产。但光刻机并不是量子芯片最核心的机器，量子芯片最核心的设备是激光设备以及无损探测仪等，目前这些核心设备我国已经实现了独立自主，所以不用担心被别人卡住脖子。这意味着未来如果我我国的量子芯片能够得到大范围的应用，我们就能够摆脱对西方先进光刻机的依赖。对于这种突破，我相信西方很多国家都是始料未及的，他们千方百计限制向中国出口光刻机等一些先进半导体设备，但如果中国能够在激光芯片领域实现新的突破，那就让他们限制了个寂寞。当然，目前量子芯片的应用还处于初级阶段，短期还很难进入大家的日常生活，所以我们还没法摆脱对光刻机的依赖，国产芯片想要生产14nm以下的芯片，还是得依赖进口ASML的光刻机，这是短期内最优的路线。但未来随着量子芯片技术的不断进步，随着量子计算机量子芯片尺寸的不断减小，我相信迟早有一天我们会走出具有中国特色的半导体路线，到时就不用看其他国家的脸色了。毒舌财经 原创
2023-7-5 08:04 · 来自广东 · 优质财经领域创作者

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