量子计算芯片与传统芯片有何不同?

发布:武汉新闻网

来源:集微网

集微网报道 量子计算同量子通信、量子测量共同被认为是量子科技的重要方向。相比于如今火热的量子通信,神秘的量子测量,量子计算凭借计算能力上所具有的想象空间,近年来,成为全球主要国家争相布局的前沿科技领域。

武汉新闻网 http://www.wh-edu.cn/

量子芯片作为量子计算机最核心的部分,是执行量子计算和量子信息处理的硬件装置。但由于量子计算遵循量子力学的规律和属性,传统的经典集成电路芯片而言,量子芯片在材料、工艺、设计、制造、封测等方面的要求和实现路径上都存在一定差异。 一折特卖 http://m.1ytm.cn

两种主流实现方式

麻城教育网 http://www.machengedu.cn/

经典集成电路芯片通过一个个晶体管构建经典比特,二进制信息单元即经典比特,基于半导体制造工艺,采用硅、砷化镓、锗等半导体作为材料。

BBTI论文 http://www.bbti.cc

而量子芯片采用2个量子状态来叠加及纠缠,用以执行以量子比特为基础的运算,因此只要物质的物理性质具有两个易于操作的量子态,都有可能成为量子比特的制作基础,类似经典集成电路芯片中高低电平代表的“1”与“0”。

武汉新闻网 http://www.wh-edu.cn/

根据构建量子比特所采用的不同物理体系,量子比特在物理实现方式上包括超导量子电路、半导体量子点、离子阱、金刚石空位、拓扑量子、光子等。

开发与现代半导体工艺兼容的电控量子芯片是量子计算机研制的重要方向之一,半导体量子点和超导量子电路技术被视为最有可能实现大规模集成量子信息处理器的物理方案。

经典集成电路芯片包括数字和模拟芯片,量子芯片可以视为一种模拟芯片,主要采用的制程在100nm左右,但与经典集成电路芯片最大的不同在于制造的工艺与材料不同。

其中,超导量子芯片利用约瑟夫森结构成的超导电路来实现二能级系统,主流材料是铝,通过在铝膜上刻蚀电路形状,用微波信号实现对其控制。半导体量子芯片是在传统的半导体微电子制造工艺基础上,寻找到能够实现控制的电子,通过控制电子的多个自由度实现二能级系统。

半导体量子芯片可以很好地结合和利用现代成熟的半导体微电子制造工艺,通过纯电控的方式制备、操控与读取量子比特更具灵活性。与现代大规模集成电路类似,半导体量子芯片具有良好的可扩展、可集成特性,被认为是未来实现大规模实用化量子计算的最佳候选体系之一。

超导量子芯片具有如下优势:一是操作数大,超导量子比特相干时间长,操作速度快,保真度高,总体能够实现上千次操作。二是工艺成熟,相对其他固态量子芯片体系,超导量子比特受材料缺陷的影响更小,利用成熟的纳米加工技术,可以实现大批量生产。三是可扩展性好,超导量子比特结构简单,调控方便,极易扩展。

目前,全球领先的量子计算技术主要掌握在美国、澳大利亚、日本和中国等高校和企业手中。谷歌和IBM都推出了超导量子芯片,英特尔、澳大利亚新南威尔士大学和荷兰代尔夫特大学推出了半导体量子芯片。

夸父 KF C6-130

我国量子计算领军企业本源量子目前开发出第一代半导体2比特量子处理器玄微 XW B2-100、第一代超导6比特夸父量子处理器KF C6-130。

硅材料纯度要求更高

传统集成电路芯片主要指经典计算机的硅基半导体芯片,它基于半导体制造工艺,采用硅、砷化镓、锗等半导体材料。

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”,极其微弱的噪声、振动、电磁波和微小杂质颗粒都会扰乱信号,这对于量子芯片的材料和设计提出了更高的要求。

据本源量子副总裁赵勇杰介绍,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。比如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。

电磁场对于半导体以及超导量子比特的干扰也较大,虽然传统芯片设计中也要考虑电磁场的相互影响,但在量子芯片的设计中会考虑得更加精细。

此外,即使是工作温度比较高的硅基半导体量子芯片,目前工作的温度最高也要到1.5k,也就是零下272.5度,这样的工作环境下,传统集成电路的很多因素就会受到影响,比如开关电压不同等。

因此,量子芯片迫切需要发展超导电子学技术和低温电子学技术。因为当芯片集成比特数达到数千个以后,按照现有的模式,用室温电子学控制设备控制每一个比特几乎不可能实现,需要将比特的控制部分和量子芯片集成,能够达到这个目标的唯一技术是超导电子学。目前超导电子学技术还处在非常基础的阶段,实际应用非常少,如何与量子芯片集成更是有待研究的全新课题。

台媒:各大手机厂商积极采购芯片,欲抢华为市占

来源:集微网 集微网消息,随着美国对华为的禁令于9月15日生效,华为的终端业务面临着无法获得关键零部件的困境,预计华为手机的市占率可能从今年…

华为芯片国产化,任正非谈买苹果或华为不代表爱不爱国

华为芯片国产化,任正非谈买苹果或华为不代表爱不爱国 撰文丨墨黑纸白 一、全球化合作与自主化进步并不冲突,需悉心经营两者 在芯片国产化这条路…

台媒:芯片断供冲击,华为平板电脑2021年全球出货量将大跌

集微网消息,据Digitimes报道,美国商务部对华为的最新禁令于9月15日生效,导致华为无法使用高通、联发科等芯片,也不能将自家芯片交给台积电等晶圆…

今天是世界勤俭日,一组生活小妙招教你如何节约

一粥一饭 当思来之不易 半丝半缕 恒念物力维艰 崇尚俭朴恬淡 拒绝奢侈铺张 是中华民族的传统美德 今天是世界勤俭日 一组生活小妙招 教 你 如何节约…

今天,这个经济学重量级奖项在华中大颁发

长江网10月31日讯(记者郭丽霞 通讯员王潇潇) 10月31日,第八届张培刚发展经济学优秀成果奖、第三届张培刚发展经济学青年学者奖颁奖典礼在华中科技…

“楚天羽王”系列赛汉口站今日开拍

长江网10月31日讯 10月31日上午,“楚天羽王”羽毛球系列——2020毛铺紫荞湖北省城市俱乐部赛汉口站比赛在武汉体育馆率先打响。这是武汉体育馆今年举…

点击阅读更多媒体报道