韓國人偷瞭太上老君煉丹爐，煉出的常溫超導，硬生生把一個半成品整成瞭連續劇。各國團隊紛紛加入瞭這場“手搓”常溫超導的復現之爭。

我們秉持讓子彈飛一會兒”的態度，靜待事態發展。最近，子彈終於落地瞭。

印度國傢物理實驗室和北京航空航天大學分別開展瞭獨立的重復實驗。兩個團隊都合成瞭LK-99，但並未觀測到超導的跡象。這可以說給這次“鬧劇”蓋棺定論瞭。

不過，在這荒唐連續劇如火如荼上演時，也重新點燃瞭，曾被放棄的超導量子芯片的星星之火。

新的芯片制造技術會是怎樣的？“計算機圖形學之父”蘇澤蘭預言：“最能夠抓住量子超導數字電路這一機遇的國傢，將在未來幾十年擁有計算優勢。”

伊凡·蘇澤蘭

回歸到當下，量子計算就是這一預言的最好體現。而在其中，超導量子芯片（QPU）就被稱為是超導量子計算的“心臟”。

QPU，也被稱為量子處理器，是量子計算機的大腦，它使用電子或光子等粒子的行為來進行某些類型的計算。

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在傳統計算機裡面，優化是需要進行廣度優先或者深度優先的運算加上回溯才可以獲得的。這也是當下CPU或者GPU擅長的地方。

而QPU創新的利用量子態，來代替原本的0，1的數字位進行二進制運算，因為量子是可以疊加的，所以不會出現非0即1的情況，運算中也不需要回溯運算，相比起CPU,GPU效率會大幅提高。

IBM的Eagle超導QPU內部的量子比特

其實早在上世紀 70 年代，IBM 的科學傢就有瞭超導計算的想法，但做完一系列驗證後就變成瞭想想而已。IBM 認為，在沒有非互易超導性的情況下，不可能造出超導體計算機。

IBM 7090主機是當時天花板級的設備

你們美國人，造不出來，我們蘇聯人可不信邪。1987年，蘇聯的最後一任領導人戈爾巴喬夫在《真理報》上閱讀瞭一篇關於富士通在低溫計算領域取得驚人進展的文章。

這就把這普信男的興趣挑起來瞭，憑什麼懷疑蘇聯無法在這個領域取得卓越成就？

歷史中的《真理報》

因此，他找到瞭一系列專業人士，物理學副教授利哈列夫，就被指派向蘇聯政治局做一個短的簡報。

然而，當利哈列夫閱讀《真理報》上的文章時，他發現攥稿人誤解瞭新聞，錯誤地表述瞭富士通超導存儲芯片的運行速度可以達到瞭誇張的5個數量級。

他解釋瞭這個錯誤，並成功忽悠拿到數百萬美元的資助。然後趁著柏林墻倒瞭，美滋滋攜帶著研發成果來到瞭美國任教。

他也知道在當時冷戰中，電子管和晶體管的博弈，無法孕育出超導芯片這類巨人。

這項技術真的就那麼難嗎？能讓處於冷戰期間，對技術有無比狂熱的美蘇都望而卻步。

如果說常溫超導是物理學的聖杯，那麼QPU也可以稱之為芯片制造的聖杯。比起登月的難度，可謂是有過之而無不及。

首先， 由於量子比特容易受到環境幹擾，導致量子噪聲影響瞭量子邏輯門的操作精度，因此對環境的控制尤為重要。

從一個頻率到另一個頻率的光子量子比特轉換圖

其次，材料選擇和制造工藝的限制也是挑戰之一。超導量子芯片需要使用高質量的超導材料，並且制備過程復雜，需要極低溫度來維持超導性能。

這就需要精密的微納加工工藝和高精度的控制技術，以實現復雜的量子比特結構和電路連接。

超導臨界溫度的超導材料在磁鐵運動

第三，超導量子比特的一致性和穩定性對於可靠的量子計算至關重要。

然而，在實際的標準化生產中，如何通過精確的控制和校正技術來實現高一致性的量子比特和穩定的操作，仍然是一個巨大的挑戰。

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最後，測量和控制技術的限制也給制造超導量子芯片帶來瞭困難。這些需要高水平的技術和工程能力來克服，因此超導量子芯片的大規模生產和商業化仍面臨著重要挑戰。

對於研究人員而言，他們當然迫切更快收獲QPU。但挑戰是多方面的，我們現有的技術要麼不夠強大，要麼不夠可靠。

d47d2d6acf2d874f180a1747b1c424bb一個完整的系統中顯示的量子比特和QPU

隻要思想不滑坡，方法總比困難多，聰明的人類開始使用現有的GPU進行仿真模擬。並且我們已經出來瞭一些成果。

研究人員正在利用亞馬遜、IBM、Xanadu等多傢公司提供的原型系統進行實驗，全球也開始認識到這項技術的前景。

《阿凡達》哈利路亞懸浮山

《阿凡達》中，人類的侵略目標是潘多拉星的超導礦石。那個未來世界，星際飛船、磁懸浮列車和超導輸電都依賴於這些礦石，超導成為瞭整個文明的基礎。

我們從科幻回到現實，我們當前的超導量子計算目前已經進展到哪一步瞭？在傳統計算漸至瓶頸的一些領域，超導量子計算有沒有實現商業化落地可能呢？

當前，全球的量子計算正處於競爭激烈的發展階段，無論是從產業發展還是投融資的角度來看。

美國、澳大利亞、日本等國傢的高校和企業目前還是牢牢掌握著全球領先的量子計算技術。

谷歌和IBM都推出瞭超導量子芯片，而英特爾、澳大利亞新南威爾士大學和荷蘭代爾夫特大學則推出瞭半導體量子芯片。

走的最前的毫無疑問還是美國。據《華爾街日報》的報道，IBM將向芝加哥大學和東京大學的超導量子研究項目捐贈1億美元。

而谷歌也將貢獻5000萬美元，並計劃為科學傢提供訪問其超導量子計算硬件的機會。

谷歌還公開瞭其內部開發的幾款超導量子芯片的詳細信息。其中，18年推出的Sycamore芯片擁有53個量子位，並被證明可以比當下200 petaflop超級計算機更快地執行隨機數等計算任務。

而IBM最新的處理器Osprey在去年11月首次亮相，擁有433個量子位。IBM計劃未來研發更多量子位的芯片，兩個人都在互相追趕。

這兩傢公司的量子芯片都是基於超導量子計算方法，利用由超導材料制成的量子位進行計算。但是，顯而易見都不是我們的常溫超導。

70量子比特的Sycamore實現瞭量子優勢

我們再把視線切回國內，我們本土發展的怎麼樣瞭呢？

當前我們在量子科學研究領域確實位於全球第一梯隊，無論是論文數量還是專利數量都名列前茅。

然而，涉及到落地，相對來說我們還稍顯落後，這主要因為裡面涉及到許多工程化問題。

因為，量子計算的超導和半導體兩種路徑都需要依賴傳統集成電路芯片技術和設備，這些都需要前期的積累。

但是，我們也不是沒有進展。今年2月，我國正在緊張地推進首條量子芯片生產線的量產工作，這條生產線將生產最新一代的國產超導量子計算機“悟空”所需的芯片。

生產線位於安徽合肥，22年開始運營，並在一年的時間內引進瞭24臺生產相關的工藝設備。

同時，團隊還成功孵化出瞭3套自主專用設備，用於超導量子芯片的生產。截止目前，生產線已經試制瞭1500多個批次的流片。

高層也提出瞭對量子計算技術研發和應用推廣的要求。這也是看到瞭我國目前在量子信息領域，投融資呈現爆發式增長趨勢。

20年和21年間市場上的投資額達到7億美元和14億美元，超過瞭過去十年的總和。尤其是對量子計算系統硬件制造企業的追捧程度較高。在此當中，我們也見到瞭一個熟悉的身影。

華為投入瞭巨額的100億資金進行技術研發。最終在去年的11月，華為發佈瞭其"超導量子芯片"專利。

專利圖示節選

其實早在華為受限之前，華為就已經成立瞭哈勃部門，專門支持國內半導體的發展，並致力於建立獨立自主的完整芯片產業鏈。在這條路線中，發展超導量子芯片也成為華為下一步工作的重要方向。

今年4月，量旋科技也發佈瞭名為"量旋少微"的超導量子芯片。這款是全球少數幾個實現標準化和量產的超導量子芯片之一。

量旋科技當前已經完成瞭從芯片設計、制造、封裝、測試到產品交付的整體流程，並擁有專門的量子芯片生產線。能夠提供全方位、一體化的量子芯片解決方案。

那麼，正如經典計算賽道，高算力芯片、先進制程光刻機等存在“卡脖子”之痛一樣。對於我國的超導量子計算賽道，又是否有著卡脖子的可能？那還真是有的，也不少。

首先，就是與傳統集成電路芯片設計類似，超導量子芯片的設計也依賴於EDA軟件。

然而，由於超導量子芯片電路具有與半導體芯片不同的特性，因此無法直接使用現有的半導體芯片設計或仿真軟件，需要重新開發專屬工具。

量旋科技自主研發的量子芯片EDA

而我們隻能通過利用國外的經驗和數據工具，進行結構和參數指標方面的設計。

其次就在，在封裝環節。超導量子芯片的封裝目前也需要在傳統封裝技術的基礎上進行。

一方面，要求封裝後能夠顯著抑制信號泄露並實現噪聲隔離，同時具備高效的集成性和散熱性能，提供磁場屏蔽和紅外輻射屏蔽等特性。

另一方面，在封裝過程中最重要的環節是將控制通道通過微波線纜引出，以確保在低溫狀態下有效冷卻芯片至較低溫度。

但制備需要特定的工藝和設備產線。相關產品在研發周期、設備和資金投入方面與傳統模擬芯片相比更為龐大。僅實驗室測試設備的價格就可達數千萬元。

而制造用的納米加工設備產線則需要數億元的投資，就我們當前的代工資源和產業鏈強度根本還不足以完全支撐起來。

由此可見，在當今全球化的環境下，一個新興技術要想變革全球各產業鏈也是不現實的。

因此，我們在短時間內看到普通傢用電腦甚至手機使用超導量子芯片也是天方夜譚。

不過隨著矽接近原子極限，超導的替代無疑充滿競爭力。計算機科學傢霍洛維茨表示，“改變歷史進程的人總會有點瘋狂，但你知道，他們往往是正確的。”