大家好,我是你們的科技新聞主編,今天咱們聊聊一個超級振奮人心的消息:量子計算機終于在制造上邁出了關鍵一步!想象一下,未來的電腦不光能幫你算賬,還能瞬間破解那些超級復雜的科學謎題,比如新藥研發或者氣候模擬啥的。但問題是,量子電腦太嬌氣了,一點噪聲就能讓它亂套。
過去,科學家們在實驗室里鼓搗出高精度的量子芯片,可一到大規模工廠生產,就跟丟了魂似的,精度直線下降。這回呢?澳洲的初創公司Diraq聯合歐洲的imec研究中心,硬是把這個瓶頸給砸碎了!他們用咱們日常電腦芯片一樣的生產線,造出了精度高達99%以上的量子芯片。這意味著啥?量子電腦從科幻片里走出來,離咱們日常生活越來越近了。別急,我慢慢給你扒一扒這個故事,從頭說起,保證像聊天一樣接地氣。
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先說說量子計算這玩意兒吧。要是你對它還不太熟,別擔心,我用大白話解釋。普通電腦用的是比特,就是0和1那種二進制開關,穩穩當當。但量子電腦用的是量子比特,叫qubit,能同時是0和1,還能糾纏起來,計算速度快到爆炸,能干那些經典電腦幾百年都啃不動的活兒。比如,優化物流路線,或者模擬分子結構幫制藥公司省下億萬研發費。可qubit超級敏感,受溫度、電磁啥的影響就容易出錯。這就好比你在玩積木,實驗室里搭得穩穩的,一搬到工廠,風一吹就塌。科學家們糾結了好多年:怎么保證在工業流水線上,qubit的“準確率”——專業叫fidelity——不打折?99%的準確率是底線,低于這就沒法大規模糾錯,量子電腦就成擺設了。
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Diraq這家公司可不是憑空冒出來的。它是悉尼大學(UNSW)的工程教授Andrew Dzurak創立的。Dzurak教授可牛了,早年就鉆研硅基量子計算,2012年他團隊就搞出了世界上第一個硅量子比特。那時候,大家還覺得量子計算是天方夜譚,可他偏偏選了硅——就是你手機芯片里那玩意兒。為什么選硅?因為硅便宜、好加工,全世界有上萬億美元的半導體產業等著借力。Diraq的理念就是:別從零發明輪子,用現有生產線改改,就能批量造量子芯片。聽起來簡單?實際難上加難。之前,他們在實驗室里演示了兩qubit操作的fidelity超過99%,牛!但工廠環境不一樣:灰塵、振動、溫度波動,全是敵人。imec呢?這是比利時的頂級微電子研究中心,專攻CMOS工藝——就是造咱們CPU的那些標準流程。他們倆一拍即合,2024年就開始合作測試。
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具體怎么破的局?他們用CMOS工藝在imec的工廠里造了硅自旋qubit單元。啥是自旋qubit?簡單說,就是用硅里的電子自旋來存量子信息,比其他類型qubit更穩定,還能塞更多到一塊芯片上。團隊花了幾個月,優化了從晶圓刻蝕到電極沉積的全流程,確保每個步驟不干擾qubit的量子態。結果呢?新鮮出爐的芯片,在兩qubit操作上fidelity穩穩超過99%!這不是實驗室把戲,是真刀真槍的工業級測試。論文剛發在《自然》雜志上,日期是2025年9月24日,標題大概是“硅量子比特的工業制造突破”啥的。關鍵數據:單qubit操作能到99.9%,兩qubit門操作99.2%以上,夠用!這直接回應了美國DARPA的量子基準計劃,那計劃拉了18家大公司,包括Diraq,目標就是沖刺實用級量子機。
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Dzurak教授激動壞了,他說:“現在清楚了,Diraq的芯片完全兼容幾十年前就有的制造工藝。”想想看,硅量子芯片能借力現有工廠,不用建新生產線,成本直降。其他量子平臺呢?像超導qubit(谷歌IBM用)需要超低溫,離子阱qubit體積大,拓撲qubit還在實驗室爬行。硅的殺手锏是可擴展性:一塊芯片能塞百萬qubit!未來,量子電腦不光算數,還能加密通信、AI訓練啥的。舉個例子,制藥業現在模擬蛋白質折疊得用超級電腦跑幾個月,量子機幾小時搞定,新藥上市快幾年,救人命啊!
當然,這不是一夜之間的事。團隊里高手如云:Paul Steinacker管設計,Wee Han Lim搞測試,Tuomo Tanttu優化算法。還有imec的Sofie Beyne和Yosuke Shimura,確保CMOS兼容。過程曲折:第一次試產,fidelity掉到95%,他們就調試電極材料,從鈦換鎢;噪聲測試時,發現工廠電磁干擾,干脆加了屏蔽層。一步步迭代,數據說話。Dzurak回憶:“實用量子計算的關鍵,是找到商業上可行的辦法,大規模產高保真qubit。”他們做到了,還成本低。imec的貢獻大,他們之前就秀過CMOS單qubit的99.9%精度,這次聯手,完美收官。
這事兒的影響波及全球。澳洲政府投了重金支持Diraq,歐洲的imec有歐盟資金,美國DARPA盯著。量子競賽白熱化:中國有本源量子,加拿大D-Wave,谷歌的Sycamore。但硅路線最接地氣,不用稀有材料,供應鏈穩。未來五年,Diraq計劃推4英寸晶圓試產,塞上千qubit;十年內,百萬級芯片商用。想想,量子云服務像AWS一樣,按小時租,中小企業也能用上。教育、能源、金融,全變天。壞處?量子破解傳統加密,安全得升級。但機會大于風險。
話說回來,量子計算從上世紀80年代理論,到現在硬件落地,靠的就是這些“偏執狂”科學家。Dzurak從學生時代就迷上量子,UNSW的實驗室像科幻基地,墻上貼滿芯片照片。Diraq團隊小而美,20多人,咖啡間聊算法,通宵debug。imec的工廠在比利時魯汶,占地如足球場,機器嗡嗡轉,產出億萬芯片。這次合作,像好萊塢大片:澳洲創新+歐洲工藝,主角是那枚不起眼的硅片。
對普通人來說,這意味著啥?量子不遙遠了。等孩子上大學,量子編程課可能成標配。投資角度,Diraq估值飆升,硅量子股要火。環保上,量子優化能省能源,模擬電池材料幫電動車續航翻倍。Dzurak最后說:“這次成就為百萬qubit芯片鋪路,借半導體產業之力,量子計算實用化指日可待。”是啊,瓶頸破了,路通了。
當然,挑戰還在:三qubit操作、多芯片聯網、室溫運行。但這步邁出,信心爆棚。全球量子投資超300億刀,回報期近了。朋友們,科技如潮,硅量子芯片就是那道浪尖。關注我們,下期聊量子怎么顛覆AI。你們覺得量子電腦啥時進家門?評論區見!
參考資料:DOI:10.1038/s41586-025-09531-9
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