最近，中國電信的量子研究院對(duì)外宣布，他們成功搭建了一臺(tái)名為“天衍-287”的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。這件事本身就夠引人注目了，但更關(guān)鍵的細(xì)節(jié)在于，這臺(tái)機(jī)器的心臟，也就是它的量子芯片，用的是“祖沖之三號(hào)”的同款芯片。這個(gè)芯片的數(shù)據(jù)比特達(dá)到了105個(gè)，再加上182個(gè)用于連接這些比特的耦合器，規(guī)模相當(dāng)可觀。更讓人震撼的是，整個(gè)“天衍-287”從硬件的組裝集成，到維持芯片運(yùn)行所必需的極低溫環(huán)境控制系統(tǒng)，全部都實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。這是中國電信量子集團(tuán)和科大國盾量子兩家公司合作的成果。

那么這臺(tái)機(jī)器到底有多厲害呢？報(bào)道里給出了一個(gè)驚人的數(shù)字：在處理某些特定問題的時(shí)候，它的計(jì)算速度比目前全球最快的傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)還要快上4.5億倍。這個(gè)數(shù)字刷新了我們對(duì)量子計(jì)算實(shí)用潛力的認(rèn)知。

就在去年，本源量子公司的“悟空”量子計(jì)算機(jī)正式上線，它搭載的是一枚72比特的“悟空芯”?！拔蚩铡钡某霈F(xiàn)，標(biāo)志著中國的量子計(jì)算開始真正走出實(shí)驗(yàn)室，邁向商業(yè)化應(yīng)用。一上線就吸引了全球的目光，訪問量很快就突破了千萬，用戶遍布美國、日本等多個(gè)國家。

而“天衍-287”和“悟空”背后的核心技術(shù)源頭，就是由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)研發(fā)的“祖沖之三號(hào)”芯片。這款芯片是在今年3月3日正式發(fā)布的，它擁有105個(gè)量子比特，并且采用了先進(jìn)的倒裝技術(shù)，把芯片集成在藍(lán)寶石襯底上。它的幾項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)非常亮眼。在發(fā)布會(huì)上，團(tuán)隊(duì)演示了用其中83個(gè)比特、跑32層深的隨機(jī)線路采樣任務(wù)，其計(jì)算速度比當(dāng)時(shí)最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)快了千萬億倍，這個(gè)成績(jī)比谷歌在2024年公布的最新成果還要高出整整6個(gè)數(shù)量級(jí)，綜合性能達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

其實(shí)，在中國超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)取得輝煌成就之前，另一條技術(shù)路線——光量子計(jì)算，已經(jīng)為中國贏得了世界的矚目。這就是同樣由潘建偉團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“九章”系列光量子原型機(jī)。

光量子計(jì)算的路徑和超導(dǎo)路線不同，它不需要極低溫環(huán)境，而是依靠激光源、干涉儀和探測(cè)器的高度集成。正是“九章”的成功，為中國在量子并行計(jì)算領(lǐng)域積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也為后來超導(dǎo)體系的融合發(fā)展提供了借鑒。

現(xiàn)在，我們來回答那個(gè)最核心、最讓人興奮的問題：為什么中國的量子芯片取得突破，可以繞開EUV光刻機(jī)？這背后其實(shí)是兩條完全不同的技術(shù)路線。傳統(tǒng)的硅基芯片，比如我們手機(jī)里的5納米芯片，它的邏輯是“堆數(shù)量”，在一小片硅上用EUV光刻機(jī)這樣的頂級(jí)設(shè)備，像微雕一樣刻出數(shù)以億計(jì)的晶體管。晶體管越多，處理能力越強(qiáng)。但這條路越走到后面越難，因?yàn)楫?dāng)晶體管小到幾個(gè)原子的尺寸時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)量子隧穿效應(yīng)，電子會(huì)“穿墻而過”，導(dǎo)致芯片漏電、不穩(wěn)定。摩爾定律已經(jīng)快要走到物理極限了。

而量子芯片的制造原理完全不同。它不是在“雕刻”晶體管，而是在“生長”和“構(gòu)建”量子比特。它的制造過程，首先是利用分子束外延等技術(shù)，在基片上生長出超導(dǎo)材料薄膜，然后通過電子束光刻和刻蝕來制作電路，再用電子束蒸發(fā)技術(shù)鍍上金屬膜。比如位于合肥的量子芯片生產(chǎn)線，在2024年1月就已經(jīng)亮相，那里就沒有EUV光刻機(jī)，生產(chǎn)的焦點(diǎn)是量子比特的集成和糾纏質(zhì)量，而不是晶體管的密度。材料的選擇也更加靈活，除了超導(dǎo)材料，金剛石、碳納米管等都可以用來構(gòu)建量子比特。

這就好比造車，傳統(tǒng)芯片是想盡辦法把自行車的零件做得更小、更精密，讓它跑得更快。而量子芯片，則是直接放棄了自行車，開始造飛機(jī)。它們的運(yùn)行原理從根本上就不同。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)用的是二進(jìn)制，一個(gè)比特在任何時(shí)刻要么是0，要么是1，計(jì)算是串行的。而量子計(jì)算機(jī)利用量子疊加態(tài)，一個(gè)量子比特可以同時(shí)是0和1，N個(gè)量子比特就可以同時(shí)處理2的N次方個(gè)狀態(tài)，計(jì)算能力是指數(shù)級(jí)增長的。只需要50高質(zhì)量的量子比特，其計(jì)算能力就能超過世界上最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。所以，“祖沖之三號(hào)”擁有105量子比特，它在處理特定采樣問題時(shí)能媲美甚至超越5納米傳統(tǒng)芯片的性能，就不足為奇了。它繞開了對(duì)晶體管數(shù)量的無限追求，也自然就繞開了對(duì)EUV光刻機(jī)的依賴。

從谷歌在2019年宣稱用54比特的“西克莫”處理器實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”開始，全球的量子競(jìng)賽就進(jìn)入了白熱化階段。雖然IBM當(dāng)時(shí)對(duì)谷歌的說法提出了質(zhì)疑，但競(jìng)爭(zhēng)的序幕已經(jīng)拉開。中國的“九章”和“祖沖之”系列，用無可辯駁的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一次又一次地證明了量子計(jì)算的巨大潛力。特別是在美國對(duì)中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行嚴(yán)厲限制的背景下，量子計(jì)算這條新賽道的出現(xiàn)，其戰(zhàn)略意義怎么強(qiáng)調(diào)都不為過。它提供了一條可以“彎道超車”的路徑，讓中國在未來的高算力競(jìng)爭(zhēng)中，擺脫了對(duì)傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的依賴。

這一切都預(yù)示著，一個(gè)由量子主導(dǎo)的計(jì)算新時(shí)代，正在加速到來。而中國，已經(jīng)在這場(chǎng)關(guān)乎未來的競(jìng)賽中，占據(jù)了一個(gè)非常有利的出發(fā)位置。合肥那條沒有EUV光刻機(jī)的生產(chǎn)線，正在源源不斷地輸出擁有強(qiáng)大算力的量子芯片，并通過云平臺(tái)向世界提供服務(wù)，這就是最有力的證明。