中国量子芯片多少纳米:不能直接套用传统芯片的纳米说法

中国量子芯片多少纳米:不能直接套用传统芯片的纳米说法

最早在论坛刷到有人问中国量子芯片多少纳米,我下意识就拿手机去翻各种科普文章,越看越乱,很多帖子直接把量子芯片和手机CPU的制程混在一起讲,很容易产生误解。量子芯片和我们日常说的硅基逻辑芯片,纳米指标根本不是一套东西,不能简单放在一块对比,这只是我的个人感受,不是标准答案。

超导量子芯片是国内现在推进比较快的路线,本源量子、中科院相关团队做的这类芯片,比特之间的线路、约瑟夫森结的加工,用的光刻精度大多在百纳米级别,也就是100纳米上下,部分精细结构能做到几十纳米。这里的纳米,是指量子器件的线条宽度,不是传统芯片里晶体管栅极那种制程节点。很多人会搞错,以为100纳米就是落后,其实超导芯片追求的不是无限缩小线宽,而是薄膜均匀度、器件噪声控制,一味往更小尺寸去压反而容易带来更多干扰,破坏量子比特的相干时间。

硅基自旋量子芯片又是另一个路子。它依托改造后的CMOS产线,会用到28纳米这类成熟半导体工艺来制备量子点阵列,用来困住电子,形成自旋量子比特。但这里28纳米只是借用产线加工结构,不是说量子比特本身的尺寸是28纳米,量子比特本身是单电子,尺度远小于这个数字。还有原子级硅量子芯片,用扫描隧道显微镜在硅里植入磷原子,比特直接是单个原子,加工精度可以到亚纳米,这种还处在实验室研究阶段,离批量流片还有很远距离。

光量子芯片的指标更特殊,薄膜铌酸锂这类材料做的光子芯片,波导结构加工精度一般是几百纳米,核心是控制光子传播,不存在超导或者自旋那种量子比特,自然也没法套用大家熟悉的芯片纳米制程。网上偶尔看到的几纳米量子芯片说法,大多是指加工设备的刻写精度,不是量子芯片的等效制程,不少自媒体直接混淆概念,拿这个博眼球。

我之前还看到有人拿普通光刻机的思路去理解量子芯片,以为数字越小性能越强。后来跟着看过一次线上的技术分享,才明白评判量子芯片好坏,优先看量子比特数量、相干时间、门保真度,纳米只是制造环节里一项加工参数,不是核心衡量标准。哪怕同样的加工线宽,材料、低温环境、封装水平有一点差别,芯片能跑出来的效果天差地别。

国内还有另一类量子芯片,是量子随机数芯片,属于量子安全器件,不是量子计算处理器,它的工艺更多是常规成熟半导体制程,重点实现量子隧穿产生随机数,不涉及量子比特运算,网上很多讨论的时候,会把它和量子计算芯片混在一起,造成信息混淆。

很多科普内容不会特意区分不同路线,才会让这个问题变得复杂。超导、硅自旋、光量子,三条路线并行研发,各自的加工尺度完全不一样,不存在一个统一的“中国量子芯片多少纳米”的固定答案。如果非要简单概括,国内超导量子计算芯片主流精细加工在百纳米区间,硅自旋方向借用28nm成熟产线开展实验,原子级方案可以做到亚纳米,不同场景不能互相等同。

到现在再去刷网上的问答,还是能看见大量错误说法,直接把量子芯片对标手机芯片制程。我自己整理这些信息的时候,也反复核对了好几次,说到底,不要单盯着纳米数字去判断量子芯片水平,要看它属于哪一类量子器件,以及对应的实验目标。