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先進計算

量子計算芯片開始升溫,本源量子聯手晶合造“芯”

最近,全球量子計算領域信息活躍。字節跳動開始招募量子領域的研究員和實習生,IBM推出首個量子編程認證服務,著名的克利夫蘭診所開始部署量子計算機。4月2日,合肥本源量子計算科技有限責任公司和合肥晶合集成電路股份有限公司宣布共建量子計算芯片聯合實驗室。這諸多的信息中有幾個關鍵信息值得關注,其一是關于量子芯片,其二是關于量子應用,這兩者都會對未來量子計算未來發展產生深遠的影響。

量子芯片制造正在提速

目前,全球缺芯潮席卷和影響了各個行業,但事實上,缺芯并非一日之寒,它的發生其實有相當長一段時間的鋪墊。而現在其實是鋪墊和關注其他一些芯片賽道的啟動期了,比如量子芯片。雖然量子計算目前還沒有到爆發點,但是如果等到爆發才去布局那么也會為時已晚。

幾天前本源量子與晶合集成電路合作成立量子計算芯片聯合實驗室,備受關注,原因是因為“這是一條中試線,中試線是正式生產線之前的一道工序,是實驗室到規模生產之間的橋梁,中試線跑通之后,就可以放到生產線上正式生產。其他量子信息企業的芯片都可以到造這條中試線上進行規模生產的預研,解決生產線各個工藝節點的問題?!北驹戳孔痈笨偨浝韽堓x對《中國電子報》記者介紹,這條中試線整條線的跑通預計需要2-3年。

據了解,兩家企業共建的量子計算芯片領域聯合實驗室,將在極低溫集成電路領域進行工藝合作開發以及工程流片驗證,實現從芯片設計到封裝測試全鏈條開發,預計一期投資為30億元。此前本源量子與中科大組建了聯合實驗室,完成了該芯片的架構研發,現在需要完成從實驗室到中試線的研發,據了解該芯片采用55納米架構,不過張輝也表示,在55納米上也可以做到12納米的架構?!斑@條產業建成后,希望開放給量子信息領域企業使用?!睆堓x表示。

量子計算產業的發展,需要量子芯片中試線的支持。據了解,包括IBM、谷歌等公司自研發的量子芯片都曾在Rigetti中試線上進行研發,Rigetti是美國一家量子計算創業公司,該公司建設了一條12納米的量子芯片的中試線,某種意義上看Rigetti中試線就相當于半導體業界的IMEC。從技術路線上看,IBM谷歌等都采用了電學工藝的量子計算術路線,這樣能夠復用更多的現在產業資源。

張輝透露,電學路線量子計算能夠復用大部分的產業設備、材料資源,但是還有一些設備與材料需要進行新的研發和探索。要實現對于量子芯片中的量子比特的精確控制,對環境要求苛刻,不僅要超低溫,還要超潔凈,這對于量子芯片的材料和設計提出了更高的要求。比如在硅材料純度上,相較于經典芯片而言,量子芯片的要求更高。比如常規硅片中含有大量的硅28和少量的硅29同位素,由于硅29的核自旋可以影響硅基半導體量子芯片中電子的自旋,因此在半導體量子芯片應用中需要在硅材料提純硅28,去除其中的硅29,等等,從新材料研究上需要更多的聯合研發, 量子計算產業的推動,需要全產業鏈的參與。

在采訪中,張輝透露目前該公司正在進行B輪融資,眾多投資機構表示了積極的投資意愿,能夠感受到投資界對于量子計算與量子計算芯片的熱度開始升溫。但張輝表示,量子計算目前并不能算上爆發期到來,目前只能算是預熱期,真正爆發期的到來一定是量子計算能夠實現在解決應用問題上超越經典計算機的效能?!傲孔佑嬎銘蒙线€沒有超過經典極端計算,至少需要3-5年?!睆堓x表示。


量子計算應用探索加快布局

目前全球量子計算產業正在加快對于應用的探索,包括IBM與谷歌、英特爾等都在加快從編程語言、工具鏈與編譯器等推動,希望能夠從完整生態上加速量子計算的構建。

幾天前, IBM宣布推出全球首個量子計算機編程的開發者認證,這也是有史以來第一個量子計算的認證項目。獲得該認證表明已掌握了使用Qiskit的基礎技能,而這對于構建和運行量子程序來說至關重要。IBM透露,目前有超過60萬人安裝了開源量子軟件開發工具包Qiskit。

美國著名的克利夫蘭診所最近部署了量子計算機的消息引來很多關注,對此的背景張輝說不好猜測,但是可以肯定的是目前全球主要做量子計算的企業,都希望在大規模應用的每一個領域的進行核心算法研發,搶占該領域的核心知識產權上。事實上IBM已經在金融領域與很多大金融機構進行聯合研發。

編程語言、開發環境等開發工具是應用啟動的關鍵鑰匙。據了解,本源量子是在2019年完成了量子計算機編程語言的構建,希望在推動量子計算上進行全線布局?!罢Z言是操作系統的前一步,2021年本源量子完成了操作系統,開發環境與編譯器等的構建?!睆堓x說。

用量子計算來模擬和解決化學反應中的各種問題 ,是量子計算積極探索的重要應用方向之一,包括IBM谷歌都對此有很多推進,去年8月,谷歌成功用12個量子比特模擬了二氮烯的異構化反應,登上Nature封面;同期,微軟也發表文章,用量子計算幫助化學家尋找催化劑,將二氧化碳轉化為甲醛,展示了量子計算與化學結合的應用前景。

張輝介紹,本源也一直嘗試探索量子計算技術在化學領域中的應用。2019年9月,本源推出量子化學應用系統ChemiQ,邁出量子計算機應用軟件研發的第一步。4月6日,本源宣布正式上線首款國產量子化學軟件本源ChemiQ 2.0嘗鮮版 ChemiQ2.0是一款在量子計算機或虛擬機上進行化學模擬的仿真軟件,能夠計算分子單點能、勢能曲線和研究化學反應,并以圖形化方式展示和分析計算結果。

責任編輯:李佳師


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