全球高科技領域競爭進入了一個新階段，量子技術將是未來發展的關鍵，各國都在積極研發。而我國的量子通訊及量子計算，無論從專利總數還是前沿研究來看，都處於國際領先地位。尤其是擁有3000多項量子技術相關專利，約是美國的兩倍。

我國量子技術研發正在迅速推進，去年12月初，我國中國科技大學潘建偉團隊構建的76個光子的量子計算機原型機“九章”橫空出世，超過了谷歌，成功實現了量子霸權。九章200秒對數學演算法的計算，全球最快超算則需要整整計算6億年。

“九章”的成功問世，一下將人們的目光引向了量子技術。這還不算，隨後兩大量子晶片技術又實現突破，再次引起大家的興趣。而這其中的關鍵就是，量子晶片到底能不能繞開高階光刻機呢？今天，就這個問題跟大家一起一探究竟。

成功實現單原子直寫量子計算晶片

我們現在用的晶片，一般都是矽基電子晶片，今天我們要說的是量子晶片。何謂量子晶片呢？量子晶片就是量子計算機的一種專用晶片，是基於量子位元執行的計算晶片。要實現量子計算機，最關鍵的就是要研發出量子晶片。

量子計算機之所以比現在我們所用的傳統計算機要快，是因為它採用的是平行計算，它的計算能力強不強，取決於量子晶片能控制的量子位元數量，量子位元越多，計算能力就越強。現在，歐美國家都在研究，谷歌也在努力攻克量子晶片難題。

不過好訊息是我國科學家搶佔了先機，南方科技大學賀煜團隊在這方面率先取得重大突破。他們利用高精度微納加工方式，將兩個磷原子構成的量子點分別放置在相距13nm的位置上，實現了第一個適用於量子計算機的高速兩位元門。

這個成就具有里程碑式的意義，為大規模量子計算晶片奠定了堅實基礎，讓國產矽基量子晶片在製造技術方面邁出了重要的一步！這個成果以封面文章刊登在國際頂級學術期刊《自然》上，說明我國已經在量子晶片領域處於國際領跑水平。

第三階段就是爭取未來二三十年，造出可程式設計的通用量子計算機。潘建偉透露，我們已經能夠實現100個甚至幾百個原子的糾纏，意味著我國已經進入到第二階段。最重要的就是第三階段，實現可程式設計通用的具有實用價值的量子計算機。

在量子位元數目少、有效量子操作深度淺等現階段量子技術水平下，要最大效率地利用量子資源，就需要設計一種可程式設計的量子演算法來解決這個問題。為解決這個問題，國防科技大學聯合國內外單位，研發出一款新型可程式設計矽基光量子計算晶片。

他們提出可動態程式設計實現多粒子量子漫步的光量子晶片結構，採用矽基整合光學技術，設計實現了可程式設計光量子計算晶片，實現了多種圖論問題的量子演算法求解，有望在大資料處理等領域獲得應用。目前這一成果已登上國際權威期刊《科學進展》。

量子晶片能繞開高階光刻機嗎

上邊介紹的兩個方面的突破，都是實現量子晶片的基礎。那麼，量子晶片到底需不需要高階光刻機呢？目前，量子計算分為兩種，分別代表兩種不同的量子計算型別，美國主攻的是超導量子計算方案，我國採用的是光量子計算方案。

也就是說九章是光量子，谷歌懸鈴木是超導量子。超導要全程在超低溫（接近絕對零度）下執行，而光子不用。基於光量子的量子計算機省掉了巨大的製冷裝置和能量消耗，不受環境限制是巨大優勢，然而光量子的實現難度也遠高於超導。

那麼，超導量子晶片對工作環境要求極為嚴格，但生產相對容易，接近現在的晶片生產工藝，也就是用現在的工藝簡單改進就可以生產，但這也說明超導量子晶片的生產離不開光刻機，甚至有可能需要最先進的EUV極紫外光刻機才行。

而光量子晶片，跟超導量子晶片不同，可以說是另一種模式，因為不再是電子，已經是光子了。因此，光量子晶片完全可以繞開高階光刻機！不過，還需要設計很多微型光學元器件，這套複雜的系統也不能再用傳統晶片的生產工藝，需要研發新的工藝，並且光量子晶片基本在100nm左右，國產普通的光刻機就可以了！

因此，如果光量子晶片能夠實現，我們也就從另一賽道，徹底解決了晶片“卡脖子”難題！然而，這個光量子晶片目前還在研究階段，真要達到應用，估計還要二三十年時間。不過，這都是必經過程， 並且我們已經在研發上領先。相信在科學家的努力下，一定會盡快實現，為此我們應該向這些默默付出的科學家們致敬！