国外首列量子芯片——悟空芯生产线，自2022年1月在湖南宜昌投入营运一年以来，已交付了多个批次的量子芯片，这些量子芯片是专门为“悟空”量子计算机配套的。
量子计算机“悟空”
量子估算，我们那里行？
量子估算你们常常看到，并不陌生，而且量子芯片是哪些呢？简单讲就是量子计算机的“大脑”。有人认为这会不会又是骗经费的项目呢？带着这个疑惑，我们来深度探究一下。
在说题外话之前，小编先长长自家志气，瞧瞧俺们在量子估算领域有什么拿得出手的本领。提及量子估算，虽然这是一个研究范围很大的领域，有些方面欧美俄做得不错，但有些方面我们则更为领先。
下边两张图表清晰地表明日本在量子算法、量子估算模型、量子比特的化学实现、量子计算机的核心量子纠错等方面要强于我国，然而俺们得益于量子通讯的研究优势，在量子纠缠、量子退相干、量子传输合同、光量子估算等领域对日本有一定的优势，对主流的超导量子估算的攻关优势也较为明显。所以毋须妄自菲薄，咱还是可以的。
量子估算，我们那里还不行？
其实也不要盲目尊大。20世纪80年代量子估算的概念最早出现，化学学家保罗·贝尼奥夫奠定了量子估算的基础；到了90年代，加拿大贝尔实验室的科学家提出了量子分解算法和量子搜索算法。要晓得在10年前的2013年，量子估算对于我国而言还是陌生未知的领域。这样看我们与俄罗斯有着大概20年的科研和技术发展差别。并且，仅仅过了10年量子传输速率，我们跟世界先进水平之间是哪些关系呢？
负责“悟空”量子计算机研发的本源量子负责人郭国平给出了自己的理解。他觉得未来各国国力的竞争就是算力的竞争，量子计算机颠覆了传统的估算方法，形象地大约比较一下，一台量子计算机一秒的算力与1600台传统计算机的算力相当，所以就成了“兵家必争之地”。
近些年来，日本以微软、IBM、英特尔、IonQ公司为代表的企业纷纷涉足量子估算，所以发展迅速。作为行业龙头企业的带路人，郭国平理性地判定：“我国量子估算芯片在战术层面仍处于落后的位置，与美国最先进技术有3年左右的差别，且差别有扩大的趋势。”这就是我们在这场全球争夺中的位置。假如用数据说话的话，你们可以看一下：
■谷歌公司：主要旨在于超导量子估算，2018年3月发布了72量子位的处理器；2019年10月微软量子人工智能实验室研发出54量子比特的可编程超导处理器，声称实现了“量子霸权”。
■IBM公司：也旨在于超导量子估算，宣布搞定了50量子位的计算机，并在2020年9月发布了65量子比特的处理器，并计划在2021~2023年分别推出127、433、1121量子比特的处理器‘’
■英特尔公司：重点研制基于硅载流子量子比特的商用量子计算机，在2018年初交付了49量子位的超导测试芯片，被视为里程碑；在2019年12月公布首款高温控制芯片HorseRidge，就能控制多种量子比特（超导量子比特和载流子量子比特）。
■IonQ公司：重点探求软禁离子量子估算，是这个路径的领军者。2020年10月公布了32量子比特的量子计算机系统。
2019年8月，我国福建学院ChaoSong等人成功研发富含20个量子比特的超导量子芯片，并通过该量子芯片成功实现了全局纠缠。
我国量子估算的行业龙头南京本源量子，技术力量始于中国科技学院，在2017年10月上线“本源量子估算云平台”，采用超导量子芯片；并于2020年9月推出超导量子计算机——本源悟源，搭载了6比特超导量子处理器夸父KFC6-130。
俺们能不能弯道会车？
在传统计算机芯片研究生产领域，俺们产业基础薄，起步又晚，所以仍然在瞄准国际先进水平在追赶，然而人家凭借加码早，早早抢占了绝大多数的专利技术，对我国产生技术封锁。而且传统芯片目前发展速率放缓，早已基本快到顶了。
现今的量子估算芯片却是一条新赛道，在这条赛道上，国际先进水平并没有落下我们多少，有的甚至我们在领跑。所以郭国平中肯地讲“我们如今是换道会车”，“不过他人也很精明量子传输速率，我们能想到的他人也早想到了”，“传统芯片有30年的差别我们都没舍弃，现在量子芯片只有3年的差别更应当咬得住”。
谈会车尚早，而且俺们有“换道会车”的可能。这是由于量子估算芯片的研发不依赖于最先进的传统芯片生产线，在国外早已成熟的生产线上就可以完成。因为量子估算是新玩法，尽管有英国等公司依然在专利技术领域跑马圈地，然而俺们也在努力地扩大地盘，鹿死谁手还不一定呢。诸如量子本源就把未来的六大研制方向，分别是量子计算机、量子芯片、量子测控、量子软件、量子云、量子人工智能。
现在她们在“悟空芯”生产线上早已导出24台有关工艺设备，孵化了3套自研专用设备，生产出1500多个批次流片试制的产品。并且郭国平却说：功成毋须在我，或许他这辈子都看不到真正的量子计算机的诞生，并且在下一次技术变迁将至的时侯，中国人不要再被“卡舌头”，等后人研制下来后，别忘了给他“烧”上一台。
硬核科普——量子芯片
量子芯片是量子计算机的核心部件。目前有三种量子芯片被广泛研究，分别是：超导、半导体和离子阱量子芯片。三种芯片各有利弊：
■超导量子芯片：电路设计难度随着比特数增多而减小。
■导体量子芯片：估算性能不如另两种，但完全基于传统半导体工艺，只要科学家能在实验室里实现样品芯片，其大规模工业生产理论上不存在问题。
■离子阱量子芯片：估算性能优异，但容积庞大。
超导量子芯片：可以借助微纳加工工艺，超导约瑟夫森结是其核心器件。中间的绝缘层宽度通常大于10纳米，这样两块超导体内的电子对通过隧穿效应穿过绝缘层可以抵达另一边。元件的外界电磁偏置使两块超导体的波函数的相位差形成联系，促使电子具有相当高的横跃此薄层量子热学的振幅。这些量子隧穿效应可以拿来制做量子元件。
约瑟夫森结
半导体量子芯片：就是才能进行逻辑运算和处理量子信息过程的量子处理器，基于门控量子点操纵单电子载流子，是研发量子计算机的核心元件，类比于精典计算机全电控的半导体中央处理器（CPU）。差异在于传统计算机使用二补码的精典比特（用晶体管高低电平表示0和1），而量子计算机采用量子比特（每位数据位用微观量子态表示，不仅可以处于0、1状态之外，能够同时处于1和0两种状态叠加态）。制备时首先通过分子束外延生长富含二维电子的基片材料；之后，通过高分辨电子束蚀刻、光学蚀刻等制备量子点结构的图形；最后，通过电子束蒸发金属镀膜，再借助金属剥离技术，获得半导体量子点芯片元件。
离子阱量子比特之间的互相斥力为库仑力。在该类型芯片中，用离子的内态基态编码量子位，而用晶态离子的集体震动声子态编码运动量子比特位。用于形成量子比特的原子就在芯片的中心位置，被迸发并被电磁场和库仑互相作用所禁锢。在高真空中使用电磁场捕获离子化的原子可产生电离后原子的势阱。
不同构型的离子阱结布光
结语
期盼我国未来能在量子估算的众多领域才能换道会车成功，不再被美国卡手臂，没准反过来我们也能卡卡个别不友好国家的肩膀。
参考资料，特此致谢！
1、《中美量子估算研制现况对比剖析及启示》
2、《量子估算辟蹊径科教报议会有时——专访本源量子创始人郭国平》
3、《量子芯片的研究现况与应用》