打破傳統布局，比碳基晶片性能更強，看西瓜視頻來了解量子晶片

隨著市場對晶片性能的要求越來越大，半導體納米晶片一直處於高速發展中，目前由臺積電為代表的製作廠商生產工藝已經達到了5nm標準，未來的2nm製作工藝也正在研發。但是研發人員陸續發現，光是提高晶片的納米工藝，並不能帶來質的飛躍，而且隨著工藝難度的升級，投入的研發成本也越來越高，由此，很多人認為，2nm或將是矽基半導體晶片的瓶頸。

量子晶片的介紹

矽基晶片隨著對納米工藝的要求越來越高，未來不久將達到了人類科技的極限，那麼想要繼續突破無非就是兩個方面，一是更換晶片的製作材料，一種改變晶片的類型和結構。比如我們一直講的碳基晶片，就是將我們的矽材料改變成碳納米管，因為碳納米管的超導特性，碳基晶片的性能相比普通的晶片性能或提升10倍以上。而量子晶片的性能卻有可能突破上萬倍。

我們都知道光速是我們目前在宇宙中發現的最快速度，而量子糾纏等特性也被認為是人類突破光速的一種新途徑。我們把傳統晶片的電路比喻成道路，每秒通過的車輛次數就是它的運算速度，而量子晶片的原理卻不同，在測試量子糾纏性時我們將這兩個量子分別放置在非常遠的地方，只要其中一個量子發生改變，那麼另外一個量子會同時做出相應的改變。這被稱之為量子態糾纏性。

除了量子態糾纏性之外，量子還具有疊加形態，也可以說是疊加態引起的量子糾纏，疊加態的意思是在一個量子系統可以處在不同的量子態的疊加態上面。當你在拋硬幣的時候，你在拋出去之前，你是不知道這個形態的，它是一個不固定的，只有當硬幣落地的時候，你猜會發現朝上的哪一面，這樣才會產生它的形態。

引用著名的「薛丁格的貓」理論曾經形象地表述為：「一隻貓可以同時既是活的又是死的」。而在量子系統中，只有你確定了其中一個量子的形態，才能知道另外一個的形態。

通過量子的這個特性，我們可以把它用作實現類似傳統電晶體0和1二進位運算，那麼它速度將是萬倍單位的提升。對於n個量子比特而言，它可以承載2的n次方個狀態的疊加狀態。而量子計算機的操作過程被稱為么正演化，如果量子計算機有500個量子比特的話，那麼它可以實現2^500種可能性同時做出了操作，這才是一種真正的並行運算。不同我們目前的計算器一樣，雖然擁有10個、20個多核心CPU，但是也只能同時1次只做一件事情。

量子晶片技術的發展

2020年量子計算晶片的領域研究將會進一步增大，這種新材料和新方式將推動半導體器件的革新，未來幾年內，量子計算技術將進入攻堅期。世界第一臺商用量子計算機是加拿大量子技術公司D-Wave於2011年5月11日正式發布的，2017年由2000個qubit構成用於求解最優化、網絡安全、機器學習、和採樣等問題量子處理器D-Wave 2000Q，該型號在實際的測試中比當時的高度專業算法高出1000到10000倍左右。而在美國全球頂尖的科技雜誌《科學》中刊登的一篇有關我國量子晶片突破性發展的論文中指出，由浙江大學、中科院物理所、中科院自動化所、北京計算科學研究中心等國內單位組成的團隊已經開發出具有20個超量子比特的晶片，並成功控制其實現全局糾纏，也打破了該項的糾纏態量子比特數目的世界紀錄。

量子晶片的應用前景

使用量子晶片的量子計算機除了具有超高性能之外，還擁有和目前幾乎不可能破解的加密手段，通過量子加密後的信息不像無線電波一樣是可以測量的，因為量子糾纏和疊加態的特性，你無法準確的測量出每個量子的形態，一經測量該量子的形態改變就會發生改變。相反如果用量子計算機去解密現在的通訊信息，在上萬倍甚至百萬倍性能的加持下，以前可能需要1年才能破解的信息，現在只需要1分鐘就能模擬出來了。這種超高速的運算能力將為未來的AI智能系統提供強大的計算能力。在2020年06月，我國科學家已通過「墨子號」衛星實現基於糾纏的無中繼千公裡量子保密通信，在量子加密通信領域中處於世界領先地位。

最後說一下

量子晶片在使用過程中功耗非常低，幾乎不需要多大的電流就能驅動，但是有一個非常重要的缺陷就是製作難度工藝大，在製作過程中需要在零下220℃的溫度下完成，而且一個高性能的量子晶片裡面可能需要上百萬個量子發生器，那麼如何將這些發生器集成到晶片中，是一個需要深入研究的話題。而在量子晶片的科研人員方面我們也是非常缺乏的。

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