量子计算芯片升温,本源量子联手晶合造“芯”

业界 作者:中国电子报 2021-04-07 22:37:31 阅读:175
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最近,全球量子计算领域信息活跃。字节跳动开始招募量子领域的研究员和实习生,IBM推出首个量子编程认证服务,著名的克利夫兰诊所开始部署量子计算机。4月2日,合肥本源量子计算科技有限责任公司和合肥晶合集成电路股份有限公司宣布共建量子计算芯片联合实验室。这诸多的信息中有几个关键信息值得关注,其一是关于量子芯片,其二是关于量子应用,这两者都会对未来量子计算发展产生深远的影响。


量子芯片制造正在提速


目前,全球缺芯潮席卷和影响了各个行业,但事实上,缺芯并非一日之寒,它的发生其实有相当长一段时间的铺垫。而现在其实是铺垫和关注其他一些芯片赛道的启动期了,比如量子芯片。虽然量子计算目前还没有到爆发点,但是如果等到爆发才去布局那么也会为时已晚。


几天前本源量子与晶合集成电路合作成立量子计算芯片联合实验室,备受关注,原因是因为这是一条中试线。中试线是正式生产线之前的一道工序,是实验室到规模生产之间的桥梁,中试线跑通之后,就可以放到生产线上正式生产。其他量子信息企业的芯片都可以到造这条中试线上进行规模生产的预研,解决生产线各个工艺节点的问题。本源量子总经理张辉对《中国电子报》记者介绍,这条中试线整条线的跑通预计需要2-3年。


据了解,两家企业共建的量子计算芯片领域联合实验室,将在极低温集成电路领域进行工艺合作开发以及工程流片验证,实现从芯片设计到封装测试全链条开发,预计一期投资为数十亿元。此前本源量子与中科大组建了联合实验室,完成了该芯片的架构研发,现在需要完成从实验室到中试线的研发。“这条产业建成后,希望开放给量子信息领域企业使用。”张辉表示。


量子计算产业的发展,需要量子芯片中试线的支持。据了解,包括IBM、谷歌等公司自研发的量子芯片都曾在Rigetti中试线上进行研发。Rigetti是美国一家量子计算创业公司,该公司建设了一条12纳米的量子芯片的中试线,某种意义上看Rigetti中试线就相当于半导体业界的IMEC。从技术路线上看,IBM谷歌等都采用了电学工艺的量子计算术路线,这样能够复用更多现在的产业资源。


张辉透露,电学路线量子计算能够复用大部分的产业设备、材料资源,但是还有一些设备与材料需要进行新的研发和探索。要实现对于量子芯片中的量子比特的精确控制,对环境要求苛刻,不仅要超低温,还要超洁净,这对于量子芯片的材料和设计提出了更高的要求。比如在硅材料纯度上,相较于经典芯片而言,量子芯片的要求更高。常规硅片中含有大量的硅28和少量的硅29同位素,由于硅29的核自旋可以影响硅基半导体量子芯片中电子的自旋,因此在半导体量子芯片应用中需要在硅材料提纯硅28,去除其中的硅29。从新材料研究上需要更多的联合研发, 量子计算产业的推动,需要全产业链的参与。


在采访中,张辉透露目前该公司正在进行B轮融资,众多投资机构表示了积极的投资意愿,能够感受到投资界对于量子计算与量子计算芯片的热度开始升温。但张辉表示,量子计算目前并不能算是爆发期到来,目前只能算是预热期,真正爆发期的到来,一定是量子计算能够实现在解决应用问题上超越经典计算机的效能。“量子计算应用上要超过经典极端计算,至少需要3-5年。”张辉表示。


量子计算应用探索加快布局


目前全球量子计算产业正在加快对于应用的探索,包括IBM与谷歌、英特尔等都在加快从编程语言、工具链与编译器等推动,希望能够从完整生态上加速量子计算的构建。


几天前, IBM宣布推出全球首个量子计算机编程的开发者认证,这也是有史以来第一个量子计算的认证项目。获得该认证表明已掌握了使用Qiskit的基础技能,而这对于构建和运行量子程序来说至关重要。IBM透露,目前有超过60万人安装了开源量子软件开发工具包Qiskit。


美国著名的克利夫兰诊所最近部署了量子计算机的消息引来很多关注,对此背景张辉认为不好猜测,但是可以肯定的是,目前全球主要做量子计算的企业,都希望在大规模应用的每一个领域都进行核心算法研发,抢占该领域的核心知识产权。事实上,IBM已经在金融领域与很多大金融机构进行联合研发。


编程语言、开发环境等开发工具是应用启动的关键钥匙。据了解,本源量子在2019年完成了量子计算机编程语言的构建,希望在推动量子计算上进行全线布局。“语言是操作系统的前一步,2021年本源量子完成了操作系统,开发环境与编译器等的构建。”张辉说。


用量子计算来模拟和解决化学反应中的各种问题 ,是量子计算积极探索的重要应用方向之一,包括IBM、谷歌都对此有很多推进。去年8月,谷歌成功用12个量子比特模拟了二氮烯的异构化反应,登上Nature封面;同期,微软也发表文章,用量子计算帮助化学家寻找催化剂,将二氧化碳转化为甲醛,展示了量子计算与化学结合的应用前景。


张辉介绍,本源也一直尝试探索量子计算技术在化学领域中的应用。2019年9月,本源推出量子化学应用系统ChemiQ,迈出量子计算机应用软件研发的第一步。4月6日,本源宣布正式上线首款国产量子化学软件本源ChemiQ 2.0尝鲜版。ChemiQ2.0是一款在量子计算机或虚拟机上进行化学模拟的仿真软件,能够计算分子单点能、势能曲线和研究化学反应,并以图形化方式展示和分析计算结果。



编辑丨赵晨

美编丨马利亚




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