中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的量子計(jì)算機(jī)“九章”實(shí)現(xiàn)了刷屏,，引發(fā)了人們對(duì)量子計(jì)算的極大興趣,。那么，作為實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算核心的量子芯片情況又是如何,？

簡(jiǎn)言之,，量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置,。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息,、運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī),。量子芯片則是量子計(jì)算機(jī)的核心之一,，也是執(zhí)行量子計(jì)算，進(jìn)行量子信息處理的硬件裝置,。

目前量子計(jì)算主要分為固態(tài)器件(也可稱之為電學(xué)路線)和光學(xué)路線兩大類量子計(jì)算路線,。九章屬于光學(xué)路線,光學(xué)路線的光量子在相干時(shí)間上有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楣馐墉h(huán)境干擾比較少,。但是其可操控性較弱,，而且與經(jīng)典計(jì)算很難實(shí)現(xiàn)兼容。目前,，媒體報(bào)道較多的IBM與谷歌的量子計(jì)算,，所走的就是超導(dǎo)量子計(jì)算路線，而英特爾所走的是半導(dǎo)體量子技術(shù)路線,。無(wú)論是超導(dǎo)還是半導(dǎo)體都屬于固態(tài)器件路線,，都屬于電學(xué)路線,。

光學(xué)路線與電學(xué)路線量子計(jì)算,，究竟哪種在未來(lái)會(huì)更成功，業(yè)界并沒(méi)有給出定論,，但是從與經(jīng)典計(jì)算的兼容,、從現(xiàn)有工藝與產(chǎn)業(yè)資源的成熟度、商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化等綜合維度來(lái)看,，固態(tài)器件都有明顯的優(yōu)勢(shì),。目前世界上多數(shù)量子計(jì)算采用固態(tài)器件的路線，因?yàn)樗泻芎玫墓I(yè)基礎(chǔ),，而且與經(jīng)典計(jì)算能夠更好地融合,，更容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、工程化,。

根據(jù)知乎上本源量子提供的資料,，在芯片的實(shí)現(xiàn)上,，經(jīng)典集成電路芯片是通過(guò)一個(gè)個(gè)晶體管構(gòu)建經(jīng)典比特，二進(jìn)制信息單元即經(jīng)典比特,。而量子芯片采用不同物理體系構(gòu)建量子比特,，例如超導(dǎo)量子芯片利用約瑟夫森結(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)二能階系統(tǒng)，半導(dǎo)體量子芯片通過(guò)控制電子的多個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)二能階系統(tǒng)等,。

半導(dǎo)體量子芯片可以很好地結(jié)合和利用現(xiàn)代成熟的半導(dǎo)體微電子制造工藝,，通過(guò)純電控的方式制備、操控與讀取量子比特更具靈活性,。與現(xiàn)代大規(guī)模集成電路類似,，半導(dǎo)體量子芯片具有良好的可擴(kuò)展、可集成特性,，被認(rèn)為是未來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)用化量子計(jì)算的最佳候選體系之一,。

同傳統(tǒng)集成電路芯片設(shè)計(jì)類似，量子芯片的設(shè)計(jì)也需要依靠設(shè)計(jì)和仿真軟件,。但由于同半導(dǎo)體芯片電路特性不同,，量子芯片電路原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循完全不同的邏輯，需要重新開(kāi)發(fā),。

在制造方面,，量子芯片的生產(chǎn)制造過(guò)程本身具有的復(fù)雜的系統(tǒng)工程屬性以及需要非常專業(yè)化知識(shí)體系，其生產(chǎn)制造的每個(gè)環(huán)節(jié),，都需要專業(yè)化程度較高的特定工程師逐步調(diào)試工藝參數(shù),。在封裝環(huán)節(jié)，也需要在傳統(tǒng)封裝技術(shù)的基礎(chǔ)上,，通過(guò)技術(shù)工具實(shí)現(xiàn)對(duì)于量子芯片的封裝,。一方面要求能夠在封裝后，大幅度抑制信號(hào)泄露并進(jìn)行噪聲隔離,，同時(shí)要具有高效的集成性,，高效的散熱性能，提供磁場(chǎng)屏蔽保護(hù)與紅外輻射屏蔽保護(hù)等特性,。另一方面,，在封裝中，最重要的環(huán)節(jié)是要將其中的控制通道,，通過(guò)微波線纜引出,，保證低溫狀態(tài)下能夠有效將量子芯片冷卻到較低的溫度。

目前,，各國(guó)政府和國(guó)際巨頭都在積極開(kāi)發(fā)量子計(jì)算機(jī)和量子芯片,。美國(guó)近十年來(lái)，已通過(guò)“量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃”等項(xiàng)目,，以每年約 2 億美元的投入力度,，持續(xù)支持量子信息各領(lǐng)域研究,。歐盟 2016 年推出“量子宣言”旗艦計(jì)劃，在未來(lái)十年投資 10 億歐元,，支持量子計(jì)算,、通信、模擬和傳感四大領(lǐng)域的研究和應(yīng)用推廣,，并在 2018 年 11 月正式啟動(dòng)首批20 個(gè)研究項(xiàng)目,。日本文部科學(xué)省 2013 年成立量子信息和通信研究促進(jìn)會(huì)以及量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)，計(jì)劃未來(lái)十年內(nèi)投資 400 億日元,，支持量子通信和量子信息領(lǐng)域的研發(fā),。

企業(yè)層面上來(lái)看，谷歌,、IBM,、英特爾和微軟等科技巨頭近年來(lái)大舉進(jìn)軍量子計(jì)算領(lǐng)域，并且與耶魯大學(xué),、麻省理工學(xué)院,、加州大學(xué)系統(tǒng)等科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)共性技術(shù)。在近日（12月4日）剛剛舉辦的英特爾研究院開(kāi)放日活動(dòng)上,，英特爾再次推出新款量子控制芯片,，第二代低溫控制芯片Horse Ridge II。

中國(guó)也在積極推進(jìn)量子計(jì)算的發(fā)展,。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),、清華大學(xué)等高校近年來(lái)都在量子計(jì)算領(lǐng)域取得一些階段性成果。百度,、阿里巴巴,、騰訊、華為等科技企業(yè)也相繼出臺(tái)了量子計(jì)算研究計(jì)劃,。從技術(shù)角度來(lái)看,，量子計(jì)算還處于原型機(jī)研發(fā)階段,，技術(shù)上仍面臨多項(xiàng)挑戰(zhàn)。而且產(chǎn)業(yè)化一直是量子計(jì)算的難點(diǎn),，我國(guó)在高品質(zhì)材料,、工藝結(jié)構(gòu)、制冷設(shè)備和測(cè)控系統(tǒng)等領(lǐng)域仍落后于領(lǐng)先國(guó)家,。