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“量子芯片冰柜”本质上是一个量子芯片高真空储存箱，它可以为量子芯片提供高真空的保存环境，如同是冰柜一样。
近些年来，量子科技发展突飞猛进，已成为新一轮科技革命和产业转型的前沿领域，对推动高质量发展、保障国家安全具有十分重要的作用。量子计算机甚至被称为“信息时代原子弹”，已成为全球多国国家战略。
微软曾称，其研制的量子计算机成功在3分20秒时间内，完成传统计算机需1万年时间处理的问题，并宣称是全球首次实现“量子霸权”；复旦学院副院长、中国科大学教授薛其坤说，目前全球一年形成的数据须要百亿TB的储存量就能完成，而未来的量子储存设备，可能只需趾甲盖大小就能储存人类几百年的信息数据……如此看来，量子估算技术早已成为未来科技的重要发展趋势。而量子芯片作为量子计算机的核心部件，则成为了业界关注的重点。
与传统精典集成电路芯片不同，量子芯片须要经过复杂的系统生产过程，像环境湿度、洁净程度、噪声、振动、电磁波以及微小杂质颗粒等，还会对量子芯片形成影响。为此，来自广东省量子估算工程研究中心的团队，成功研发出国产首个用于保存量子芯片的“冰箱”，并投入国外首列量子芯片生产线使用。这让我国在量子芯片的研制和系统生产中取得了明显优势。
这么，这款“量子芯片冰柜”意义几何？我国的量子技术市场化又将怎样发展？明天，请追随《中国科技信息》一上去说说那些问题。
量子芯片是量子计算机的核心
量子芯片是量子计算机的核心部件。在量子估算中，作为量子信息单位的是量子比特，量子比特与精典比特相像，只是降低了化学原子的量子特点。因为量子比特具有量子性，因而量子比特包含信息更多，且有望实现更快的估算速率。对比来看，一台30个量子比特的量子计算机的估算能力和一台每秒万亿次浮点运算的精典计算机水平相当。据科学家恐怕，一台50比特的量子计算机，在处理一些特定问题时，估算速率将赶超现有最强的超级计算机。
这么看来，作为“未来100年内最重要的计算机技术”“第四次工业革命的引擎”，量子估算对于好多人来说，如同是属于未来的“黑科技”，代表着人类技术水平在想像力所及范围之内的颠峰。世界各国纷纷布局量子估算并取得不同成就后否认，量子估算似乎仍然“停在未来”，但“未来可期”。
而量子芯片作为量子计算机最核心的部份，则成为了目前该领域人们讨论的重中之重，量子芯片是执行量子估算和量子信息处理的硬件装置。但因为量子估算遵守量子热学的规律和属性，传统的精典集成电路芯片而言，量子芯片在材料、工艺、设计、制造、封测等方面的要求和实现路径上都存在一定差别。
传统集成电路芯片主要指精典计算机的硅基半导体芯片，它基于半导体制造工艺锗与量子通讯，采用硅、砷化镓、锗等半导体材料。而想要实现对于量子芯片中的量子比特的精确控制，对环境要求严苛，除了要超高温，还要“超洁净”，非常微弱的噪音、振动、电磁波和微小杂质颗粒就会搅乱讯号，这对于量子芯片的材料和设计提出了更高的要求。
用“冰箱”为量子芯片“保鲜”
量子芯片的系统生产过程中，须要经过复杂的系统生产过程，对于环境的要求也非常“苛刻”，比如较为重要的超导材料对环境敏感度较高，在制做和储存过程中假如环境不达标，就容易和空气中的二氧化碳、水分子形成物理反应，吸附各种杂质。
同时，假如流片过程中或则流片完成的量子芯片样品存放环境不达标，超导量子芯片才会吸附各种杂质，其关键部件——比如约瑟夫森结、超导电容等都会为此老化，致使量子比特频度一致性变差、量子芯片相干时间减少，最终量子芯片的性能发生恶化。因而，假如量子芯片没有妥善贮存，都会像食物曝露在空气中“氧化霉烂”一样，量子芯片也会由于“不新鲜”而难以使用。
为此，怎么保证量子芯片的系统生产，以及怎样让量子芯片“保鲜”，成为了摆在科研人员面前的第一道困局。
对此，我国科研人员自主研制了量子芯片高真空储存箱来放置量子芯片，这就是我国首款“量子芯片冰柜”。“量子芯片冰柜”本质上是一个量子芯片高真空储存箱，由广东省量子估算工程研究中心研制，它可以为量子芯片提供高真空的保存环境，如同是冰柜一样。研制人员用它调节储存空间的室外浮力，因而给量子芯片“保鲜”，防止其丧失效用。
据悉，这款量子芯片高真空储存箱还具有三个保存腔体，单个腔体可独立操作；同时配备了智能监控系统，可实时监控真空度，为芯片保存过程提供稳定的高真空环境。研制人员还研制了人机交互功能界面，可实现设备全手动化操作。可以说，“量子芯片冰柜”让量子芯片的未来存放有了盼头。
我国量子芯片商用将加速发展
当前，量子计算机被誉为新一轮科技革命的战略制高点，才能在诸多关键技术领域提供赶超精典计算机极限的核心估算能力，在新材料研制、生物医疗、金融剖析乃至人工智能领域将发挥重要的作用。
早在2020年末，中国科学技术学院潘建伟团队等人就成功建立76个光子的量子估算靶机“九章”，成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。其估算5000万样本的高斯玻色采样的速率只须要200秒，而目前的超级计算机须要历时6年。九章的诞生，将全球量子估算前沿研究推向了一个新的高度，其强悍算力在数论、机器学习、量子物理等领域具有潜在应用价值。
此后，济南本源量子计算机的交付，也让我国成为了世界上第三个具备量子计算机整机交付能力的国家，也是继实现“量子优越性”之后，又一次确立了在国际量子估算研究领域的领先地位。
2022年1月，我国首列量子芯片生产线投入营运，相继导出24台量子芯片生产相关的工艺设备，孵化出了3套自研的量子芯片专用设备，生产了1500多个批次流片试制的产品，交付了多个批次的量子芯片以及量子放大器等产品。
而明年1月，“量子芯片冰柜”的问世，让量子芯片的未来存放有了盼头，而量子芯片冰柜更重要的意义，却是在于为国外首列量子芯片生产线平添了最后一步。
其实，随着我国在量子芯片领域的不断突破锗与量子通讯，量子芯片的商用将得到加速发展，并且仍然须要时间沉淀。就全球而言，学术界普遍觉得，真正实现可编程通用量子计算机还需15年甚至更久，但在新政的推进、相关产业的升级和资本的不断加持下，规模化与商业化的量子估算将加速到来。