我國量子芯片實現新突破！不依賴EUV光刻

最近，中國電信的量子研究院對外宣布，他們成功搭建了一臺名為“天衍-287”的超導量子計算機。這件事本身就夠引人注目了，但更關鍵的細節在于，這臺機器的心臟，也就是它的量子芯片，用的是“祖沖之三號”的同款芯片。這個芯片的數據比特達到了105個，再加上182個用于連接這些比特的耦合器，規模相當可觀。更讓人震撼的是，整個“天衍-287”從硬件的組裝集成，到維持芯片運行所必需的極低溫環境控制系統，全部都實現了國產化。這是中國電信量子集團和科大國盾量子兩家公司合作的成果。

那么這臺機器到底有多厲害呢？報道里給出了一個驚人的數字：在處理某些特定問題的時候，它的計算速度比目前全球最快的傳統超級計算機還要快上4.5億倍。這個數字刷新了我們對量子計算實用潛力的認知。

就在去年，本源量子公司的“悟空”量子計算機正式上線，它搭載的是一枚72比特的“悟空芯”。“悟空”的出現，標志著中國的量子計算開始真正走出實驗室，邁向商業化應用。一上線就吸引了全球的目光，訪問量很快就突破了千萬，用戶遍布美國、日本等多個國家。

而“天衍-287”和“悟空”背后的核心技術源頭，就是由中國科學技術大學潘建偉院士團隊主導研發的“祖沖之三號”芯片。這款芯片是在今年3月3日正式發布的，它擁有105個量子比特，并且采用了先進的倒裝技術，把芯片集成在藍寶石襯底上。它的幾項關鍵性能指標非常亮眼。在發布會上，團隊演示了用其中83個比特、跑32層深的隨機線路采樣任務，其計算速度比當時最強的超級計算機快了千萬億倍，這個成績比谷歌在2024年公布的最新成果還要高出整整6個數量級，綜合性能達到了國際先進水平。

其實，在中國超導量子計算機取得輝煌成就之前，另一條技術路線——光量子計算，已經為中國贏得了世界的矚目。這就是同樣由潘建偉團隊研發的“九章”系列光量子原型機。

光量子計算的路徑和超導路線不同，它不需要極低溫環境，而是依靠激光源、干涉儀和探測器的高度集成。正是“九章”的成功，為中國在量子并行計算領域積累了寶貴的經驗，也為后來超導體系的融合發展提供了借鑒。

現在，我們來回答那個最核心、最讓人興奮的問題：為什么中國的量子芯片取得突破，可以繞開EUV光刻機？這背后其實是兩條完全不同的技術路線。傳統的硅基芯片，比如我們手機里的5納米芯片，它的邏輯是“堆數量”，在一小片硅上用EUV光刻機這樣的頂級設備，像微雕一樣刻出數以億計的晶體管。晶體管越多，處理能力越強。但這條路越走到后面越難，因為當晶體管小到幾個原子的尺寸時，就會出現量子隧穿效應，電子會“穿墻而過”，導致芯片漏電、不穩定。摩爾定律已經快要走到物理極限了。

而量子芯片的制造原理完全不同。它不是在“雕刻”晶體管，而是在“生長”和“構建”量子比特。它的制造過程，首先是利用分子束外延等技術，在基片上生長出超導材料薄膜，然后通過電子束光刻和刻蝕來制作電路，再用電子束蒸發技術鍍上金屬膜。比如位于合肥的量子芯片生產線，在2024年1月就已經亮相，那里就沒有EUV光刻機，生產的焦點是量子比特的集成和糾纏質量，而不是晶體管的密度。材料的選擇也更加靈活，除了超導材料，金剛石、碳納米管等都可以用來構建量子比特。

這就好比造車，傳統芯片是想盡辦法把自行車的零件做得更小、更精密，讓它跑得更快。而量子芯片，則是直接放棄了自行車，開始造飛機。它們的運行原理從根本上就不同。傳統計算機用的是二進制，一個比特在任何時刻要么是0，要么是1，計算是串行的。而量子計算機利用量子疊加態，一個量子比特可以同時是0和1，N個量子比特就可以同時處理2的N次方個狀態，計算能力是指數級增長的。只需要50高質量的量子比特，其計算能力就能超過世界上最強的超級計算機。所以，“祖沖之三號”擁有105量子比特，它在處理特定采樣問題時能媲美甚至超越5納米傳統芯片的性能，就不足為奇了。它繞開了對晶體管數量的無限追求，也自然就繞開了對EUV光刻機的依賴。

從谷歌在2019年宣稱用54比特的“西克莫”處理器實現“量子霸權”開始，全球的量子競賽就進入了白熱化階段。雖然IBM當時對谷歌的說法提出了質疑，但競爭的序幕已經拉開。中國的“九章”和“祖沖之”系列，用無可辯駁的實驗數據，一次又一次地證明了量子計算的巨大潛力。特別是在美國對中國半導體產業進行嚴厲限制的背景下，量子計算這條新賽道的出現，其戰略意義怎么強調都不為過。它提供了一條可以“彎道超車”的路徑，讓中國在未來的高算力競爭中，擺脫了對傳統半導體產業鏈的依賴。

這一切都預示著，一個由量子主導的計算新時代，正在加速到來。而中國，已經在這場關乎未來的競賽中，占據了一個非常有利的出發位置。合肥那條沒有EUV光刻機的生產線，正在源源不斷地輸出擁有強大算力的量子芯片，并通過云平臺向世界提供服務，這就是最有力的證明。