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我国在量子领域的最新研究进展

近日，日本理研研究所宣布，日本首台国产量子计算机将于本月底上线。该研究所表示，量子计算机仍处于原型阶段，并计划将其连接到Fugaku 超级计算机，并在2025 年启动更广泛的应用。与此同时，3月15日，英国将投资25亿英镑，启动一项为期10年的国家量子技术计划，希望把英国变成“下一个硅谷”。

为此，《大话芯片》特地采访了量子计算专家郭国平教授，为我们揭开量子芯片、量子计算的神秘面纱，并分享中国量子计算的推进情况。郭国平教授在访谈中指出，传统计算机上，中国用的芯片、操作系统、软硬件，基本都是别人的；不过，在量子计算机上，中国落后的没有那么多，甚至有赶超的可能性。

慕容素娟：与传统芯片相比，量子芯片有哪些不同？

郭国平教授：我们日常用的智能手机、电脑、手表等产品中用的都是传统芯片，主要是晶体管，量子芯片的工作环境更苛刻，量子计算机中必须保证量子芯片工作在20mk（零下253摄氏度）左右的极低温环境，而半导体技术路线的量子芯片的生产流程与传统芯片差异不大，包括设计、流片、封测、集成等，可以突破绝对零度温区限制，对温度要求更加宽松。但是，超导量子芯片对温度提出了更高的要求。

慕容素娟：2022年诺贝尔物理奖中有量子纠缠，量子纠缠与量子计算有何异同？

郭国平教授：量子纠缠是量子力学中的一种非经典现象，也是量子计算优于经典计算的重要原因之一。在量子力学中，一个粒子一旦具有纠缠状态就会在其周围形成不确定的二进制叠加态。这种现象叫做量子纠缠(QUEST)。简单来说，量子纠缠就是两个在状态的不同组合引起的相互作用，在这种情况下，如果其中一个作为“多点”叠加态存在，那么另一个作为“零点”叠加态也可以同时作为“多点”叠加态存在司时如果其中一个作为“多点”叠加态存在时，另一个作为“零点”叠加态也可以同时作为“多点”叠加态存在;如果其中一个处于0态，另一个则处于0态或1态，如果其中一个作为“零点”鲁加态存在，另外一个作为“多点”叠加态存在(0和1都为“0”)，那么如果同时存在3个以上在0态或1态与0态之间的互动，就会出现具有相反作用特征的量子状态一这即是纠缠效应(QUEST)。

而量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。传统计算机算法基础是0或1的状态，而量子计算机则可以实现“既是1又是0”，因为量子纠缠的特性，在解决特定问题时，多个纠缠在一起的量子比特能同时实现指数级别递增的超强算力。

慕容素娟：量子芯片需要在零下250度左右的环境下工作，量子芯片的生产需要哪些特殊的材料和特殊的工艺？

郭国平教授：目前，超导和半导体量子芯片所需的晶圆主要在国内采购，量子芯片的好坏与材料性能、尤其是低温下的性能关系极大，超导方向的材料与国际上无技术差距。半导体方向的材料对晶圆要求更高，目前国内的材料与国际上还有一定的差距。量子芯片需要对硅做提纯，但是传统芯片不需要。当前的工艺包括平面工艺、空气桥工艺、芯片堆叠工艺等。

其次，本源量子也成功接收教育部行指委“科创融教”创新基金课题的授权书，成为国内首家入选“科创融教”项目的量子计算企业。该课题是由教育部行指委结合北京创新研究所“科创融教”创新基金立项，面向国内高校的省部级纵向课题。上述两个课题将有效推动量子计算的产教融合工作。