全球高科技领域竞争进入了一个新阶段，量子技术将是未来发展的关键，各国都在积极研发。而我国的量子通信及量子计算，无论从专利总数还是前沿研究来看，都处于国际领先地位。尤其是拥有3000多项量子技术相关专利，约是美国的两倍。

我国量子技术研发正在迅速推进，去年12月初，我国中国科技大学潘建伟团队构建的76个光子的量子计算机原型机“九章”横空出世，超过了谷歌，成功实现了量子霸权。九章200秒对数学算法的计算，全球最快超算则需要整整计算6亿年。

“九章”的成功问世，一下将人们的目光引向了量子技术。这还不算，随后两大量子芯片技术又实现突破，再次引起大家的兴趣。而这其中的关键就是，量子芯片到底能不能绕开高端光刻机呢？今天，就这个问题跟大家一起一探究竟。

成功实现单原子直写量子计算芯片

我们现在用的芯片，一般都是硅基电子芯片，今天我们要说的是量子芯片。何谓量子芯片呢？量子芯片就是量子计算机的一种专用芯片，是基于量子比特运行的计算芯片。要实现量子计算机，最关键的就是要研发出量子芯片。

量子计算机之所以比现在我们所用的传统计算机要快，是因为它采用的是并行计算，它的计算能力强不强，取决于量子芯片能控制的量子比特数量，量子比特越多，计算能力就越强。现在，欧美国家都在研究，谷歌也在努力攻克量子芯片难题。

不过好消息是我国科学家抢占了先机，南方科技大学贺煜团队在这方面率先取得重大突破。他们利用高精度微纳加工方式，将两个磷原子构成的量子点分别放置在相距13nm的位置上，实现了第一个适用于量子计算机的高速两比特门。

这个成就具有里程碑式的意义，为大规模量子计算芯片奠定了坚实基础，让国产硅基量子芯片在制造技术方面迈出了重要的一步！这个成果以封面文章刊登在国际顶级学术期刊《自然》上，说明我国已经在量子芯片领域处于国际领跑水平。

成功研制新型可编程光量子计算芯片

九章量子计算机的创始人潘建伟认为，量子计算的发展分为三个阶段。第一阶段，就是谷歌实现的量子霸权，即造出一台比目前计算机更快的量子计算机，大概需要50个量子比特。第二阶段，希望能够操纵几百个量子比特，实现一种专用的量子模拟机。

第三阶段就是争取未来二三十年，造出可编程的通用量子计算机。潘建伟透露，我们已经能够实现100个甚至几百个原子的纠缠，意味着我国已经进入到第二阶段。最重要的就是第三阶段，实现可编程通用的具有实用价值的量子计算机。

在量子比特数目少、有效量子操作深度浅等现阶段量子技术水平下，要最大效率地利用量子资源，就需要设计一种可编程的量子算法来解决这个问题。为解决这个问题，国防科技大学联合国内外单位，研发出一款新型可编程硅基光量子计算芯片。

他们提出可动态编程实现多粒子量子漫步的光量子芯片结构，采用硅基集成光学技术，设计实现了可编程光量子计算芯片，实现了多种图论问题的量子算法求解，有望在大数据处理等领域获得应用。目前这一成果已登上国际权威期刊《科学进展》。

量子芯片能绕开高端光刻机吗

上边介绍的两个方面的突破，都是实现量子芯片的基础。那么，量子芯片到底需不需要高端光刻机呢？目前，量子计算分为两种，分别代表两种不同的量子计算类型，美国主攻的是超导量子计算方案，我国采用的是光量子计算方案。

也就是说九章是光量子，谷歌悬铃木是超导量子。超导要全程在超低温（接近绝对零度）下运行，而光子不用。基于光量子的量子计算机省掉了巨大的制冷设备和能量消耗，不受环境限制是巨大优势，然而光量子的实现难度也远高于超导。

那么，超导量子芯片对工作环境要求极为严格，但生产相对容易，接近现在的芯片生产工艺，也就是用现在的工艺简单改进就可以生产，但这也说明超导量子芯片的生产离不开光刻机，甚至有可能需要最先进的EUV极紫外光刻机才行。

而光量子芯片，跟超导量子芯片不同，可以说是另一种模式，因为不再是电子，已经是光子了。因此，光量子芯片完全可以绕开高端光刻机！不过，还需要设计很多微型光学元器件，这套复杂的系统也不能再用传统芯片的生产工艺，需要研发新的工艺，并且光量子芯片基本在100nm左右，国产普通的光刻机就可以了！

因此，如果光量子芯片能够实现，我们也就从另一赛道，彻底解决了芯片“卡脖子”难题！然而，这个光量子芯片目前还在研究阶段，真要达到应用，估计还要二三十年时间。不过，这都是必经过程， 并且我们已经在研发上领先。相信在科学家的努力下，一定会尽快实现，为此我们应该向这些默默付出的科学家们致敬！