光量子芯片问世，光刻机已非刚需？

6月15日消息，中国科大郭光灿院士团队任希锋研究组与中山大学董建文、浙江大学戴道锌等研究组合作，基于光子能谷霍尔效应，在能谷相关拓扑绝缘体芯片结构中实现了量子干涉，相关成果以“编辑推荐文章”的形式6月11日发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。

众所周知，早在2008年时，英国就最先提出了集成光量子芯片的概念。与传统芯片相比，光量子芯片是一种全新的芯片形态，有着传统芯片无法企及的优势，也有着暂时比不上传统芯片的缺陷。

光量子芯片与传统芯片最不同的一点，就在于它是以光来做载体，用光代替电，利用微纳加工工艺，在芯片上集成大量的光量子器件。相比传统芯片，这种芯片的集成度更高精准度更强也更加稳定，同时也具有更好的兼容性。

传统芯片的精度取决于最小晶体管的直径，单个晶体管越小，构成整个芯片的晶体管就越多，芯片的计算能力也就越强，使用此芯片的电子产品也能相应地具备更强的运算能力。

目前，世界上最先进的传统芯片制造技术，是台积电和三星的5纳米量产技术，比如iPhone12使用的就是5纳米芯片，其单个晶体管只有5纳米大小，一个芯片上的晶体管数量就能超过百亿。前不久，三星已经对外展示了3纳米芯片，预计2021就能够完成量产。

而集成电路芯片的极限是0.1纳米，也就是芯片的制造设备光刻机的物理极限。但纳米再小，它也是一个准确的度量单位，可量子却是目前已知最小的物理单位，是一个主要用于微观世界的概念。

按照单个组成部分的体积越小，芯片整体的计算能力就越强这个规律来看，在传统半导体工艺基础上，利用光量子效应实现高效计算的光量子芯片，从性能上来说，将远远超过传统芯片能做到的极限。

当前我们已经迈入了大数据时代，5G物联网时代的数据洪流，需要计算系统有更高的性能、更低的功耗和更快的速度，传统芯片的计算能力已经无法满足日益增长的计算需求，光量子芯片才是解决这一问题的关键。

其实世界各国都很清楚，量子计算将是未来极其重要的科技，就像当年的蒸汽机、电气、计算机一样，量子计算也开启了一个崭新的领域，谁能在这个领域中跑到前端，谁就能在未来的发展中占据主动权。

目前，这一领域还只是刚刚开启，各国都还在起步阶段，没有明显的领跑者。3年前漂亮国就制定了10年量子计划，许多国际大企业都开始了量子的相关研究，欧盟也在这个领域投资了14万亿，而我国于2018年成立了北京量子信息科学研究院，所有国家都在摩拳擦掌准备抢占先机。

既然光量子芯片这么强大，为什么我们一开始还要发明传统芯片呢？光量子芯片有什么缺点吗？虽然相比于电光更不容易受影响，也不容易被干扰，但光也同样具有极易损耗的特点，想要完好地保存住光，是一个比保存电难上数倍的问题。

前的光量子芯片需要在绝对零度的环境下才能够正常工作，也就是周围温度需要降至零下273.15摄氏度。但这一特点就暂时很难应用到日常生活中来，想要保持绝对零度的工作环境，又不影响到使用者，这是一个巨大的难题。

也正因如此，虽然大家都知道，光量子芯片比传统芯片有更强大的计算能力，但是却并不看好光量子芯片。毕竟要解决绝对零度环境的问题，可远比传统芯片的精度升级更困难。

过，如果光量子芯片能够成功商用，这意味着一直以来制作芯片的必需品光刻机将不再刚需。要知道，目前所有的量产芯片，都要靠光刻机完成，而光刻机是全世界最高科技的集合结晶，也被称为人类工业皇冠上的明珠。

更夸张的是，直至目前为止，全世界也只有荷兰的阿斯麦，这一家公司能够生产EUV高级光刻机。毕竟他们先是需要从全球各国进口超过10万个零件，然后再将这些零件组装到一起，再经过长达一年以上的调试，才能够最终完成一台光刻机的生产。

由于对零件和生产工艺的高要求，因此光刻机的产能一直很低，世界光刻机市场常年处于供不应求状态，阿斯麦直到现在卖出的EUV光刻机，也只有100台而已，并且还不是有钱就采购得到。

正是因为光刻机是芯片生产的必要设备，所以封锁住一个国家的光刻机进口，就能限制住这个国家芯片行业的发展。漂亮国就是用这样的方式，通过对阿斯麦施压，禁止他们将EUV光刻机卖给我国，从而阻碍我国芯片行业的发展。

但光量子芯片的出现，将完全改变这一情况。因为制作工艺的不同，光量子芯片不需要光刻机也能生产，这也意味着目前最先进的5纳米、3纳米芯片制程将不再是最顶尖的芯片技术，追求更小纳米的芯片会完全失去意义。

也就是说，芯片制造业将成为一个全新的行业，我国也不会再因为买不到光刻机，而在芯片制造领域被人卡住脖子。但距离光量子芯片的大规模商业化，还有很长的道路要走，或许要用上几年，甚至十几年的时间也说不定。

不过，我国也没有完全将解决芯片封锁困局的希望放在这个上面，而是坚持走自主研发的道路，寻求更多的解决办法。其中，我国中芯国际就独创了一种n+1技术，通过多重曝光等特殊工艺，不用EUV光刻机也能完成高端芯片的量产。

目前，我国已经掌握了7纳米芯片的量产技术，预计在今年下半年就能实现风险量产，届时我国中芯国际有望成为全世界第三个掌握10纳米以下芯片制程的企业，也将是第一个没有EUV光刻机仍能量产高端芯片的企业。

我国的技术突破，也让荷兰阿斯麦感到了事情并不简单，一方面阿斯麦最害怕会失去我国这一片大好市场，另一方面又担心我国在光刻机领域实现技术突破，一旦实现光刻机自研和量产以后会瓜分属于它的市场。

因此，在我国不断传出好消息的同时，阿斯麦也一改以前的态度，愿意顶着漂亮国对其施加的压力，将光刻机卖给我国，更是与我国签订了高达12亿美元的大单。由此可以预见，中国芯突破在望，中国芯的未来将是一片光明。