郭光燦，周正威，郭國(guó)平，涂濤

量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

郭光燦，周正威，郭國(guó)平，涂濤

1 量子計(jì)算機(jī)的研究概況

量子信息科學(xué)是利用量子體系的獨(dú)特性質(zhì)對(duì)計(jì)算、編碼、信息處理和傳輸過(guò)程給予新的詮釋?zhuān)_(kāi)發(fā)新的、更為高效的信息處理功能的一門(mén)學(xué)科，它是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。量子信息科學(xué)的研究為物理學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)乃至整個(gè)科學(xué)注入了新的生命力，同時(shí)對(duì)推動(dòng)相關(guān)高新技術(shù)的發(fā)展以及人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步具有深遠(yuǎn)的意義。

量子信息科學(xué)的核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)真正意義上的量子計(jì)算機(jī)和實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的、可實(shí)用化的長(zhǎng)程量子通信。目前，量子密碼技術(shù)正從實(shí)驗(yàn)室研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，研究實(shí)用系統(tǒng)的安全性以及提高實(shí)用性能成為該方向的主要課題；量子計(jì)算機(jī)的研究尚在起步階段，但它以其獨(dú)特的魅力正吸引著越來(lái)越多的科學(xué)家和工程技術(shù)人員加入這個(gè)研究陣營(yíng)。

量子計(jì)算機(jī)與現(xiàn)有的電子計(jì)算機(jī)以及正在研究的光計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)等的根本區(qū)別在于，其信息單元不是比特（bit，兩個(gè)狀態(tài)分別用0或 1表示），而是量子比特（qubit），即兩個(gè)狀態(tài)是0和1的相應(yīng)量子態(tài)疊加，因此單個(gè)量子 CPU具有強(qiáng)大的平行處理數(shù)據(jù)的能力，而且，其運(yùn)算能力隨量子處理器數(shù)目的增加呈指數(shù)增強(qiáng)。這將為人類(lèi)處理海量數(shù)據(jù)提供無(wú)比強(qiáng)大的運(yùn)算工具。作為一個(gè)應(yīng)用例子，Shor業(yè)已證明，運(yùn)用量子并行算法可以輕而易舉地攻破現(xiàn)在廣泛使用的 RSA公鑰體系。

1985年，英國(guó)牛津大學(xué)的Deutsch 建立了量子圖靈機(jī)的模型。隨后，他把建立一個(gè)普適量子計(jì)算機(jī)的任務(wù)轉(zhuǎn)化為建立由量子邏輯門(mén)所構(gòu)成的邏輯網(wǎng)絡(luò)。1995年，人們發(fā)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的邏輯網(wǎng)絡(luò)可以由結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單的邏輯門(mén)集構(gòu)成，即采用單量子比特的任意旋轉(zhuǎn)和雙量子比特的受控非門(mén)，就可以搭建任意的量子電路。這就是所謂的量子計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)模型。

如果要在真實(shí)的物理體系中實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的功能，該物理體系必須滿(mǎn)足所謂的Divincenzo。鑒于很難找到某個(gè)物理系統(tǒng)能同時(shí)滿(mǎn)足這個(gè)判據(jù)，科學(xué)家提出若干個(gè)替代標(biāo)準(zhǔn)模型的量子計(jì)算方案。

1.1 拓?fù)淞孔佑?jì)算

該方案最初由數(shù)學(xué)物理學(xué)家 Kitaev于 1997年提出。他利用特殊系統(tǒng)不受小擾動(dòng)影響的拓?fù)淞孔有再|(zhì)來(lái)構(gòu)造量子計(jì)算機(jī)，從而可以實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)的量子計(jì)算。目前，這一領(lǐng)域在國(guó)際學(xué)術(shù)界得到很大的重視，哈佛大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)、芝加哥大學(xué)、加州理工學(xué)院等一流學(xué)校已開(kāi)始了理論和實(shí)驗(yàn)方面的研究。

二維空間系統(tǒng)存在具有分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)粒子，被稱(chēng)為任意子，任意子的統(tǒng)計(jì)包含阿貝爾和非阿貝爾兩種，非阿貝爾任意子的拓?fù)湫再|(zhì)能夠用來(lái)做拓?fù)淞孔佑?jì)算。用于做拓?fù)淞孔佑?jì)算的任意子具有以下特點(diǎn)：

（1）有一系列不同類(lèi)型的準(zhǔn)粒子，用于信息的初始化。

（2）任意子的交換和旋轉(zhuǎn)滿(mǎn)足群論中的辮群規(guī)則，可以實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔娱T(mén)，用來(lái)處理信息。

（3）拓?fù)淞孔佑?jì)算中信息編碼是非局域的，基本上不受周?chē)h(huán)境的影響，因此錯(cuò)誤率很低，具有自動(dòng)容錯(cuò)的功能。

（4）滿(mǎn)足干涉測(cè)量中的Bunching規(guī)則，可用于信息讀取。

目前的研究表明，二維系統(tǒng)的非阿貝爾統(tǒng)計(jì)的任意子態(tài)最有可能在填充因子為5/2的分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中實(shí)現(xiàn)。2009年，美國(guó)哈佛大學(xué)和以色列Weizmann研究所同時(shí)報(bào)道在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了這類(lèi)態(tài)的存在，并在此態(tài)上構(gòu)建了基本的量子位。

1.2 單向量子計(jì)算

單向量子計(jì)算是 R. Raussendorf和 H. Briegel在2000年提出的一種新的途徑。其思想是利用量子糾纏態(tài)以及局域操作和經(jīng)典通信過(guò)程，可以傳遞非局域的相互作用，從而等價(jià)地實(shí)現(xiàn)非局域哈密頓量的功能。因此，可建立一種高度糾纏的狀態(tài)（至少是二維的），稱(chēng)為圖態(tài)，只需要通過(guò)對(duì)相鄰的幾個(gè)量子比特進(jìn)行 LOCC過(guò)程，測(cè)量結(jié)束之后，可以等效地實(shí)現(xiàn)對(duì)出發(fā)端的量子比特的普適邏輯門(mén)操作。這樣一來(lái)，圖態(tài)就像是一個(gè)面包板，我們將有待實(shí)施的量子電路設(shè)計(jì)出來(lái)，將每個(gè)原件插上去就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的量子操作。顯然，量子計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)模型的難度在這里就轉(zhuǎn)化為如何高效而精確地實(shí)現(xiàn)一個(gè)超大量子比特?cái)?shù)目的圖態(tài)上。

1.3 絕熱量子計(jì)算

絕熱量子計(jì)算最先是由MIT的Golbstone等人提出，其核心思想是通過(guò)絕熱演化的特性來(lái)等效地實(shí)現(xiàn)量子幺正變換。我們知道，在絕對(duì)零度時(shí)，如果系統(tǒng)的初態(tài)處于基態(tài)，那么絕熱地變換系統(tǒng)哈密頓量的參數(shù)，只要不出現(xiàn)基態(tài)和激發(fā)態(tài)的能級(jí)交叉，原則上體系始終處于基態(tài)。然而，系統(tǒng)演化前后的基態(tài)之間必然有一個(gè)幺正變換聯(lián)系。如果這個(gè)幺正變換恰恰就是我們所需要的幺正變換，那么量子計(jì)算也就可以通過(guò)這個(gè)絕熱過(guò)程完成。

該方案的優(yōu)點(diǎn)在于，在理想情況下，系統(tǒng)始終處于基態(tài)，從而不存在退相干問(wèn)題；其缺點(diǎn)是絕熱的條件依賴(lài)于基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)的能隙，能隙越小，所需要的絕熱演化的時(shí)間就越長(zhǎng)，如果隨計(jì)算量的變大，絕熱演化時(shí)間指數(shù)相應(yīng)地變長(zhǎng)，那么就失去了量子計(jì)算的意義。

近10多年來(lái)，著名刊物《Nature》和《Science》平均每個(gè)月發(fā)表一篇量子計(jì)算機(jī)研究的論文，但至今量子計(jì)算仍然未有突破性的進(jìn)展。在少數(shù)量子比特的物理體系統(tǒng)中，人們成功地演示了量子計(jì)算的原理、邏輯門(mén)操作、量子編碼和量子算法等，證實(shí)量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)不存在原則性困難。但真正要研制出量子計(jì)算機(jī)，存在兩大主要障礙，其一是物理可擴(kuò)展性問(wèn)題，即如何實(shí)現(xiàn)成千上萬(wàn)個(gè)量子比特，并能有效地進(jìn)行相干操控；其二是容錯(cuò)計(jì)算問(wèn)題，即量子操作的出錯(cuò)率如何能減少到低于閥值，確保計(jì)算結(jié)果的可靠性。

當(dāng)前，人們一方面尋找可擴(kuò)展可容錯(cuò)的量子計(jì)算體系，另一方面著手研究技術(shù)難度較低的量子仿真。量子仿真的目的就是發(fā)展出一套多體系統(tǒng)相干操控的手段，通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接操控、觀(guān)測(cè)人工多體系統(tǒng)的演化行為，為強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理學(xué)等提供完美的檢測(cè)場(chǎng)所。量子仿真的研究很可能帶來(lái)全新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)（如新物質(zhì)態(tài)的發(fā)現(xiàn)）。

2 具有可集成性的量子計(jì)算體系的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展

目前，國(guó)際學(xué)術(shù)界主流較為認(rèn)可的量子計(jì)算物理體系是：量子點(diǎn)、超導(dǎo)、腔電動(dòng)力學(xué)、離子或原子體系。

2.1 量子點(diǎn)體系

半導(dǎo)體量子點(diǎn)借鑒成熟的微加工方法，在半導(dǎo)體二維電子氣上制備成單電子晶體管，其電子服從量子力學(xué)規(guī)律，可以將電子自旋的向上和向下作為量子信息單元1和 0。這種利用半導(dǎo)體器件上的電子自旋進(jìn)行量子信息處理的量子點(diǎn)體系被認(rèn)為是最有希望成為未來(lái)量子計(jì)算機(jī)的方向之一。

從1998年D. Loss和D. P. Divincenzo提出利用量子點(diǎn)中的電子自旋作固態(tài)量子計(jì)算開(kāi)始，國(guó)際上多個(gè)著名研究機(jī)構(gòu)在半導(dǎo)體量子點(diǎn)作為未來(lái)可擴(kuò)展的量子計(jì)算器件的實(shí)驗(yàn)研究中取得一系列重大進(jìn)展。半導(dǎo)體量子點(diǎn)作為量子芯片應(yīng)具備的基本條件：量子比特的制備、量子邏輯門(mén)操作、量子測(cè)量和量子相干性。這些基本條件在實(shí)驗(yàn)中都已成功實(shí)現(xiàn)。著名量子信息專(zhuān)家、美國(guó)IBM公司資深研究員D. P. Divincenzo在《Science》雜志專(zhuān)門(mén)發(fā)表評(píng)論，認(rèn)為半導(dǎo)體量子點(diǎn)作為未來(lái)量子計(jì)算的元器件——量子芯片是一條真實(shí)可行的路。

盡管利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)和自旋進(jìn)行量子信息處理已獲得許多令人矚目的進(jìn)展，但是要成為真正實(shí)用的量子芯片還有很多困難需要解決。量子芯片本質(zhì)上利用了量子相干性，而半導(dǎo)體量子點(diǎn)體系受周邊環(huán)境的影響比較嚴(yán)重，控制和維持其量子相干狀態(tài)遇到了更大的挑戰(zhàn)。

2.2 超導(dǎo)量子電路

超導(dǎo)量子計(jì)算的核心單元是一種被稱(chēng)為 Josephson結(jié)的電子器件。按照表征量子比特的不同，Josephson 量子電路大致可劃分為電荷、磁通和相位3大類(lèi)型。與原子和光子之類(lèi)的天然量子體系相比，Josephson量子電路這種人工量子體系具有以下特點(diǎn)：

（1）Josephson量子電路中的能級(jí)結(jié)構(gòu)可以通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)來(lái)制定，也可以通過(guò)外加的電磁信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。

（2）基于現(xiàn)有的微電子制造工藝，Josephson量子電路具有良好的可擴(kuò)展性，這種可擴(kuò)展性既包括Josephson量子電路之間的級(jí)聯(lián)，也包括Josephson量子電路與其他量子體系之間的耦合。

量子信息領(lǐng)域內(nèi)的多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，這些優(yōu)點(diǎn)使得超導(dǎo)量子電路是最具潛力、也最有可能率先實(shí)現(xiàn)有實(shí)用價(jià)值的大規(guī)模量子信息處理器的物理方案之一。目前，單量子比特邏輯門(mén)操作已在不同種類(lèi)的 Josephson器件上實(shí)現(xiàn)，而雙量子比特邏輯門(mén)也陸續(xù)在不同的超導(dǎo)量子電路中完成。最近，人們?cè)诔瑢?dǎo)傳輸線(xiàn)腔、SQUID諧振子和納米機(jī)械諧振子等介觀(guān)諧振子器件方面取得了很有意義的進(jìn)展。由于這些介觀(guān)諧振子體系的本征頻率都在GHz范圍，與超導(dǎo)量子比特在同一量級(jí)，因此，將不同類(lèi)型的超導(dǎo)量子電路和各種諧振子器件耦合，以實(shí)現(xiàn)量子邏輯門(mén)或模擬各種量子光學(xué)現(xiàn)象得到了相當(dāng)?shù)年P(guān)注。

超導(dǎo)量子計(jì)算雖然是現(xiàn)今各種量子計(jì)算方案中發(fā)展最快、可集成電路性最好、潛力最大的方案之一，但是即便如此，現(xiàn)今超導(dǎo)量子計(jì)算仍然還處在搖籃階段，人們最多能夠?qū)崿F(xiàn)的只有1～4個(gè)量子比特的耦合，而今各種 Josephson量子電路的消相干時(shí)間處在各自的單量子比特操作時(shí)間的 102～103，距離實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)編碼所需要的104次單量子比特操作的閾值仍有較大差距。未來(lái)的超導(dǎo)量子計(jì)算發(fā)展必須要解決兩個(gè)重要問(wèn)題，其一是延長(zhǎng)量子比特的相干時(shí)間；其二是改進(jìn)量子比特之間的耦合方式。

2.3 離子阱體系

離子阱體系是最早嘗試實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的物理體系。該體系實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的理論方案最早由 Cirac和 Zoller于1994年提出，同年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局（NIST）的實(shí)驗(yàn)組開(kāi)始了該方向的實(shí)驗(yàn)研究。該系統(tǒng)在單、雙量子比特的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展方面達(dá)到了非常高的水平。目前，主要研究集中在提高量子操控的單元技術(shù)，以達(dá)到容錯(cuò)量子計(jì)算的要求；以及如何擴(kuò)展該體系，實(shí)現(xiàn)多位的量子信息過(guò)程兩個(gè)方面。

離子間的庫(kù)侖斥力和軸向的諧振子勢(shì)，使得N個(gè)離子在軸向形成N個(gè)振動(dòng)（聲子）模式，這些振動(dòng)模式成為傳導(dǎo)離子內(nèi)態(tài)之間相互作用的“信使”。通過(guò)聲子—激光—離子三者的作用可實(shí)現(xiàn)量子信息的初態(tài)制備、操控和讀取。

目前，科學(xué)家已制備出8個(gè)離子的W態(tài)，保真度達(dá)72%，制備了6個(gè)離子的薛定諤貓態(tài)，保真度超過(guò)50.9%。為解決離子阱體系的物理可擴(kuò)展性問(wèn)題，人們已提出若干有效方案，據(jù)悉，美國(guó)已啟動(dòng)研制 50～80量子比特的離子阱量子計(jì)算的計(jì)劃，期待有重大突破。

2.4 腔量子電動(dòng)力學(xué)（QED）體系

這種類(lèi)型的量子計(jì)算是基于腔模和偶極子之間的強(qiáng)耦合，有效地提供了光子與兩能級(jí)量子體系（原子、量子點(diǎn)等）之間的相互作用，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)量子比特的可控操作。這種方案的優(yōu)勢(shì)之一是原子作為靜止量子比特，適用于存儲(chǔ)信息，而光子作為飛行量子比特，適合于傳遞和交換信息。而且，量子光學(xué)理論能夠精確處理腔量子電動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題。

然而，從量子計(jì)算的可擴(kuò)展性出發(fā)，現(xiàn)在的傳統(tǒng)光學(xué)腔也面臨很多困難，比如其品質(zhì)因數(shù)很難進(jìn)一步提高，擴(kuò)展多個(gè)比特需要更多的光腔，使體系變得很復(fù)雜，也無(wú)法做到集成。為此，國(guó)際上很多著名的研究小組開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)移到尋找新的光學(xué)微型腔體系?，F(xiàn)在研究最為熱門(mén)的光學(xué)微腔主要有回音壁模式微腔和光子晶體缺陷微腔。以回音壁模式微腔為例，這種腔具有極高的品質(zhì)因數(shù)和較小的模式體積，可以提供更強(qiáng)的原子光場(chǎng)相干強(qiáng)度。此外回音壁模式的微腔加工工藝是基于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體刻蝕技術(shù)，很容易集成。目前，利用回音壁模式微腔進(jìn)行量子電動(dòng)力學(xué)和量子信息的研究已經(jīng)成為國(guó)際上研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

光學(xué)微腔和光學(xué)F-P腔一樣，首先要實(shí)現(xiàn)的是單個(gè)原子和腔模的強(qiáng)耦合，這涉及到如何將單個(gè)粒子放入腔中和調(diào)諧腔模如何與粒子共振這兩個(gè)技術(shù)。迄今這兩個(gè)技術(shù)尚未獲得完滿(mǎn)解決。

目前，光學(xué)微腔的飛速發(fā)展以及微腔與量子點(diǎn)的結(jié)合，有可能在一塊硅芯片上集成固態(tài)微腔陣列，其中每個(gè)微腔里面都有與微腔強(qiáng)耦合的原子（量子點(diǎn)等其他粒子）作為量子比特，而由光波導(dǎo)中傳輸?shù)墓庾訕?gòu)成了系統(tǒng)的總線(xiàn)。

3 “微型曼哈頓計(jì)劃”的挑戰(zhàn)

近幾年，美國(guó)啟動(dòng)了一個(gè)研究量子芯片的計(jì)劃。該計(jì)劃勢(shì)必加快量子計(jì)算機(jī)的研究進(jìn)程，并將觸動(dòng)國(guó)際上新一輪的激烈競(jìng)爭(zhēng)。半導(dǎo)體芯片幾十年來(lái)一直沿著摩爾定律發(fā)展，而單位芯片上晶體管數(shù)目越來(lái)越多，而每個(gè)晶體管的尺寸越來(lái)越小，目前已經(jīng)小到一個(gè)流感病毒的大??！

同時(shí)，每個(gè)晶體管電子數(shù)目越來(lái)越少，量子效應(yīng)越來(lái)越明顯，按照傳統(tǒng)模式，人們將到達(dá)控制電子的物理極限！ 當(dāng)每個(gè)晶體管縮小到只容納一個(gè)電子，即單電子晶體管（量子點(diǎn)），其中的電子必然滿(mǎn)足量子力學(xué)的物理規(guī)律，因此芯片的可持續(xù)發(fā)展必然依賴(lài)于新一代基于量子力學(xué)的計(jì)算芯片！

量子計(jì)算是芯片突破現(xiàn)有半導(dǎo)體微電子技術(shù)物理極限的必然產(chǎn)物，將成為后摩爾時(shí)代具有標(biāo)志性的新技術(shù)和未來(lái)信息技術(shù)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。美國(guó)前總統(tǒng)布什于2006年1月31日的國(guó)情咨文中宣布了“美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃”，在這項(xiàng)富有進(jìn)取心的長(zhǎng)期舉措中，第四條為“突破技術(shù)障礙，實(shí)現(xiàn)量子信息處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用”。2009年，由美國(guó)總統(tǒng)科技顧問(wèn)牽頭的美國(guó)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)發(fā)布了關(guān)于量子信息科學(xué)的聯(lián)邦報(bào)告，呼吁國(guó)家安全局、DARPA、NSF、NIST、Los Alamos和Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)軍事機(jī)構(gòu)一起協(xié)調(diào)開(kāi)展量子計(jì)算的研究。

基于量子芯片在下一代產(chǎn)業(yè)和國(guó)家安全等方面的重要性，美國(guó)DARPA負(fù)責(zé)人Tether博士在向美國(guó)眾議院軍事委員會(huì)做報(bào)告時(shí)，將半導(dǎo)體量子芯片科技列為未來(lái)9大戰(zhàn)略研究計(jì)劃的第二位，并仿照當(dāng)年曼哈頓工程制造原子彈的成功先例，投巨資啟動(dòng)“mini-Manhattan project”（微型曼哈頓計(jì)劃），集中了包括Intel、IBM公司等半導(dǎo)體界巨頭以及哈佛大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等著名研究機(jī)構(gòu)，在國(guó)家層面上組織各部門(mén)跨學(xué)科統(tǒng)籌攻關(guān)，以期占領(lǐng)未來(lái)量子計(jì)算技術(shù)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。眾所周知，DARPA常常提出意義十分重大，但富有風(fēng)險(xiǎn)性和挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目。這些看似不可能的計(jì)劃，一旦突破將產(chǎn)生巨大的效果，大大增強(qiáng)美國(guó)的戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)能力，例如因特網(wǎng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、隱形飛機(jī)等就是其成功的例子。現(xiàn)在他們將目光聚焦到量子芯片的研制上，期待在量子計(jì)算技術(shù)的戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)中搶占制高點(diǎn)。

日本和歐共體在美國(guó)微型曼哈頓計(jì)劃的刺激下也緊跟其后啟動(dòng)類(lèi)似計(jì)劃，引發(fā)了新一輪關(guān)于量子計(jì)算技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。

雖然中國(guó)是世界上電子計(jì)算機(jī)生產(chǎn)制造大國(guó)，也涌現(xiàn)了像神威、銀河、曙光這樣的超級(jí)計(jì)算機(jī)，但縱觀(guān)我國(guó)的微電子發(fā)展?fàn)顩r，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體芯片無(wú)論在性能上，還是數(shù)量、品種上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足需要，計(jì)算機(jī)芯片依然主要依賴(lài)進(jìn)口。據(jù) 2008年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)半導(dǎo)體芯片進(jìn)口額已超過(guò)石油和農(nóng)產(chǎn)品位列進(jìn)口產(chǎn)品第一位！

新一輪國(guó)際戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是“量子芯片”，這是我國(guó)改變目前在微電子工業(yè)受制于人的被動(dòng)局面的新機(jī)遇。我們不能再重蹈沒(méi)有核“芯”技術(shù)的舊轍，應(yīng)當(dāng)在起跑線(xiàn)上采取有力措施，參與這場(chǎng)關(guān)系到國(guó)家重大利益的激烈競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)“中長(zhǎng)期科技發(fā)展綱要”將“量子調(diào)控”列入重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃，這是富有前瞻性的戰(zhàn)略布局。這個(gè)計(jì)劃的實(shí)施有力推動(dòng)了量子信息這個(gè)新興高技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展。近幾年來(lái)，我國(guó)在量子密碼技術(shù)、多光子糾纏等方面取得重要進(jìn)展。中國(guó)科技大學(xué)中科院量子信息實(shí)驗(yàn)室在新型材料 GeSi和石墨烯上制備的雙量子點(diǎn)，是研制量子芯片的基礎(chǔ)。

盡管不斷地取得研究進(jìn)展，但鑒于基礎(chǔ)較弱，研究積累較薄，我國(guó)在國(guó)際主流方向上做出原創(chuàng)性的成果還很少，總體水平明顯落后于西方強(qiáng)國(guó)，特別是在量子計(jì)算機(jī)這個(gè)學(xué)科主流方向上，差距正日益增大。當(dāng)前美國(guó)啟動(dòng)的“微型曼哈頓計(jì)劃”對(duì)我國(guó)是個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，在保持“量子調(diào)控”重大專(zhuān)項(xiàng)的基礎(chǔ)上，迫切需要另一個(gè)類(lèi)似于“微型曼哈頓計(jì)劃”，有一定冒險(xiǎn)性的專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃，組織國(guó)內(nèi)精銳研究隊(duì)伍，提供足夠強(qiáng)大的支撐，加強(qiáng)相關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)，實(shí)實(shí)在在去尋求突破，在下一代量子芯片的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)。?

【作者單位：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國(guó)科學(xué)院

量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室】

（摘自《中國(guó)科學(xué)院院刊》2010年5期）