科技圈重磅!中国20比特量子芯片刷新世界纪录,登上《Science》

AI报道 2019/08/12 23:32

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日前,由浙江大学、中科院物理所、中科院自动化所、北京计算科学研究中心等机构组成的联合团队开发出一款具有20个超导量子比特的量子芯片,并成功实现全局纠缠, 刷新了固态量子器件中生成纠缠态的量子比特数目的世界纪录 。8月9日,这一重磅成果刊登在了国际顶级杂志《Science》。

这项工作的厉害之处在于:

只需要在短短187纳秒之内(相当于人眨眼所需时间的百万分之一),20个人造原子从“起跑”时的相干态,历经多次“变身”,最终形成同时存在两种相反状态的纠缠态。

全局纠缠,通俗的理解就是让所有量子比特协同起来参与工作。量子操纵是量子计算的技术制高点,而实现全局纠缠是检验操纵是否成功的标志。

论文标题中,团队用了 “薛定谔猫态” 来描述捕捉到的现象。

正如《人民日报》评论,操控这些量子比特生成全局纠缠态,标志着团队能够真正调动起这些量子比特。这“璀璨”的187纳秒,见证了人类在量子计算的研究道路上又迈进了一步。

全球最领先的技术,中国走在前沿。看到这个消息时,再度回首中国艰难造芯路,感慨万分。

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20比特量子芯片示意图

全国的第一次造“芯”狂欢

此前,数十年之久,中国一直处于被技术封锁阶段,国内的芯片产业一片空白,自主研发高性能芯片成了科技界的最大的梦想。为了扭转受制于人的局面,国家举全国之力大力发展国产芯片,为此也走过不少弯路,付出惨痛的代价。

其中,因造芯而引起大众轰动的第一位人物,便让人感觉痛惜,也便是“汉芯事件”的主人公陈进。

陈进有着“光鲜”的履历,本科毕业于同济大学,博士毕业于美国德州大学奥斯汀分校,专业是计算机工程,曾在摩托罗拉半导体总部做过芯片设计经理,并担任高级主任工程师。这一亮眼的履历,也成为促成他一回国就担任“汉芯”总设计师的重要推动力。

在当时看来,陈进不负众望,仅仅花费了16个月的时间,便正式宣布“汉芯1号”研制成功,并被业界誉为“中国芯片发展史上一个重要的里程碑”。

陈进和他主导研制的“汉芯1号”芯片一经发布便引起了全球的关注,因为它采用了0.18微米先进工艺,集成了250万个元件,具有32位运算处理内核,每秒钟运算能力高达2亿次。这样的技术水准,甚至在当时已经超越了intel同期的水准,堪称世界顶尖。

要知道,即使是按照当时intel的技术实力,也要花费翻倍的研发周期才能实现。而陈进和他所领导的团队在“一穷二白”的技术基础上,仅一次流片就获得了成功。

陈进所获得的“巨大成功”不仅带来了赞同和掌声,还有显赫的头衔和不菲的研发经费。他被上海交大特聘为长江学者,出任微电子学院院长,拿到上亿元研发资金。除此之外,他还成为上海硅知识产权交易中心CEO、上海汉芯科技有限公司总裁。甚至有人预测,用不了几年,他就能成为中国工程院院士。

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尽管在“汉芯”发布的三年后仍旧没有实现量产,人们依然对它充满了期望。直至2006年,一则发布在清华校内BBS上的《触目惊心的汉芯黑幕》彻底打醒了所有人……

原来,“汉芯1号”是这样造出来的:

2002年8月,陈进从美国买来10片MOTO-freescale的56800芯片,找来几个民工将芯片表面的MOTO等字样全部用砂纸磨掉,然后找浦东的一家装修公司将表面光滑的芯片打上“汉芯一号”字样,并加上汉芯的LOGO。虚假的DSP芯片磨好后,陈进通过种种关系,加上了“由国内设计(上海交大)、国内生产(上海中芯国际)、国内封装(上海威宇科技)、国内测试(上海集成电路设计研究中心)”等种种假证明材料。

这桩黑暗往事成了中国芯片产业发展史上不可磨灭的疼痛。

中国芯的真正破“土”!

“汉芯一号”造假事件后,“造不如买,买不如租”风气四起,一时间,国产芯片无人敢投资,更无人愿意研发。

不过,华为掌门人任正非例外。

2004年开始,任正非给何庭波每年提供4个亿和2万人,让她研发国产芯片,而当时华为只有3万人,研发不到10亿美元。

功夫不负有心人,2014年初,华为麒麟910、 920相继获得了成功,去年发布的华为麒麟980芯片更是成为手机芯片行业的标杆。

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去年,海思半导体营收规模约为76亿美元,同比增长43%,首次跻身全球IC设计公司前5名。

从此,中国半导体不再是荒原。而中国芯片行业发展之快,令人难以想象,产值从2004年545亿元起飞,涨到2018年6532亿元,这也是 同期全球增速的4倍

2019年上半年,在全球芯片放缓和打压之下,中国集成电路销售预估大概2890亿元,同比仍然增长6%,很不简单。

在高端AI领域,清华大学施路平团队不久前发布的 类脑计算芯片"天机芯",对实现更高水平的人工智能有着非常重要的意义 ,震惊了全世界,同时也实现了中国在芯片和人工智能两大领域在《自然》论文零的突破。

我们已知,人工智能技术(AI)存在两种主流“大脑”:一种是支持人工神经网络的深度学习加速器,基于研究“电脑”的计算机科学,让计算机运行机器学习算法;另一种是支持脉冲神经网络的神经形态芯片,基于研究“人脑”的神经科学,无限模拟人类大脑。但是这两种AI“大脑”的平台各不相同且互不兼容。

“天机芯”却能把这两种原本互不兼容的人工智能芯片融为一体,成为世界首款异构融合类脑芯片。这种融合技术有望实现人工通用智能(AGI)。原则上,人工通用智能平台可以执行人类能够完成的所有任务。

而曾经遥不可及的量子计算,中国目前的发展也是一路绝尘。

中国芯的进阶——量子芯片

现有传统电子计算机的运算单元,一个比特在特定时刻只有特定的状态,要么0,要么1。量子计算机利用量子特有的“叠加状态”,采取并行计算的方式,终极目标可以让速度以指数量级提升。

这就相当于,一台计算机,一下就化身为千千万台台计算器,同时开工做算术题,计算能力因此提升上千上万乃至上亿倍。

而说起量子技术,就不得不提起被西方称为“中国量子之父”的潘建伟教授。 在他的带领下,中国于2016年8月16日将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”升空,又于2017年9月29日建成了世界上首条量子保密通信干线——“京沪干线”。依赖于潘建伟教授的研究成果,中国在量子加密技术上实现了一个又一个的弯道超车般的领先。

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“在现代信息科学诞生时,我们只是追随者和学习者,”他说。“现在我们有机会……成为一名领导者。”

去年,潘建伟团队在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠,刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。该成果发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》。

彼时,IBM、英特尔、谷歌等已相继宣布实现的量子计算机原型,这些量子比特并没有形成纠缠态。单纯比拼物理量子比特数,这一优势在应用层面尚无太大意义。

继去年潘建伟团队实现18个光量子比特纠缠后,突破还在继续。

此次,以浙江大学、中科院物理所、中科院自动化所、北京计算科学研究中心等的量子芯片新成果再次实现突破!

量子比特数和操纵精度,是当前国际量子计算科研的两大核心难题,而多比特量子纠缠态的实验制备是衡量量子计算平台控制能力的关键标志。

中国学者研发出的这个量子芯片,它的厉害恰恰也就体现在这两个地方: 一是量子比特数多,达到了20个超导量子比特;二是操纵精度强,已经成功实现了全局纠缠。

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超导量子处理器及其基准特性

理论研究认为,当量子比特数达到50个以上时,就能在处理某些特定问题时,展现超越超级计算机的运算能力,而这也是量子计算机能实现的理论基础。

同时,这也是所谓的 “量子霸权” 。率先夺取“量子霸权”的国家,会在经济、军事、科研、安全等领域迅速建立全方位优势。相关科学家称,我国预计在2020年左右实现“量子霸权”的科学目标。

曾经有美国专家惊叹于中国在量子加密技术方面的领先,对美国发出过警告,“如果再等上5或者10年再投入进去,那就来不及太晚了。”

而现在,中国已经不止在量子加密技术上遥遥领先,同时中国也可能成为离量子计算机研制成功最近的国家。

图片来自网络,侵删

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