全球半導體軍備競賽再度升級，哪些芯片能實現(xiàn)換道超車？量子芯片可能是其中一個路徑。

尤其在當下，量子芯片已經(jīng)從電影中的科幻場景變成現(xiàn)實。在春節(jié)檔熱映的《流浪地球2》中，有一臺擁有超強算力和自我意識的量子計算機“MOSS”僅有手提箱大小，卻近乎無所不能，計算地球危機、上傳數(shù)字生命、孕育人工智能、指揮行星發(fā)動機建設等。有網(wǎng)友評論：以當下量子計算發(fā)展來看，量子計算機更多地用于專用計算，可以說現(xiàn)在還處于「算盤」的階段。

回歸到現(xiàn)實生活，我們雖然距離擁有自我意識的量子計算機還很遙遠，但中國已經(jīng)具備交付電子計算機的能力。

1月28日，合肥本源量子研發(fā)出多臺中國量子計算機，并成功交付一臺量子計算機給客戶使用。該量子計算機的成功交付標志著中國成為世界上第三個具備量子計算機整機交付能力的國家。這是我國繼實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”之后，又一次確立了在國際量子計算研究領域的領先地位。

據(jù)了解，本源量子是中國第一家量子計算公司，其在2020年已上線國內(nèi)首臺國產(chǎn)超導量子計算機「本源悟源」，并通過云平臺面向全球用戶提供量子計算服務；在2022年發(fā)布了國內(nèi)首個量子計算機和超級計算機協(xié)同計算系統(tǒng)解決方案，該方案可以雙向發(fā)揮量子計算機和超級計算機的優(yōu)勢。

我們要明白的是，量子計算機的核心支柱是量子芯片，而量子芯片的誕生可以解決現(xiàn)有最高性能芯片都無法解決的算力缺失問題，也將真正帶來科技的又一次技術革命。那么問題來了，我國量子計算發(fā)展到了怎樣的程度？量子芯片能否徹底改寫當前國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)的困境？

01

交付一臺量子計算機有多牛？

我們先了解一個關于量子計算機工程化的問題。

在這之前，我們先了解下量子計算的情況。當前，國內(nèi)外量子科技主要在3個方向展開激烈競爭：量子計算、量子通信、量子測量。而量子計算是量子信息技術的核心，沒有量子計算，量子技術其他領域的發(fā)展不足以動搖現(xiàn)有信息技術的根基。這足以彰顯量子計算的重要性。

從上世紀八十年代開始，本尼奧夫、曼寧和費曼三位科學家提出了量子計算，經(jīng)過了基本物理思想和初級原理的驗證，開始邁向量子計算的應用與產(chǎn)業(yè)化階段。中國科學院物理研究所研究員、北京量子信息科學研究院院長向濤院士將這一階段稱為“中等規(guī)模帶噪聲的量子計算時代”。

在“中等規(guī)模帶噪聲的量子計算”時代，量子計算的應用與產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)開始，并已成為國際大企業(yè)大公司展示實力、布局未來的新戰(zhàn)場。造成這種激烈競爭局面的背后邏輯非常簡單：失去量子計算的控制權，就可能失去未來信息社會的話語權。同時，產(chǎn)業(yè)化也為量子計算研究注入了新的活力，加速了量子計算的發(fā)展。

現(xiàn)在量子計算機處于剛剛從研發(fā)開始轉(zhuǎn)向工程化的階段，也開啟了初步商業(yè)化探索之路。近年來，國外量子計算巨頭如IBM、谷歌、微軟、霍尼韋爾等開始嘗試將量子計算機帶出實驗室，陸續(xù)推出工程化方案和工程機。

如IBM與匯豐銀行合作，共同探索量子計算在金融服務領域的應用；谷歌與醫(yī)藥公司勃林格殷格翰合作,專注于研究與實現(xiàn)藥物研發(fā)領域量子計算的前沿應用案例；IonQ則是探索使用量子計算來改進電池化學性質(zhì)，同時，也努力將量子機器學習應用于未來移動設備的圖像分類和3D物體檢測。

國內(nèi)量子計算公司雖然體量不如國外大廠，但也在努力朝著工程化方向前進。

早在2020年，本源量子就已經(jīng)組裝完成了國內(nèi)首臺超導量子計算機——本源悟源。本源量子也是目前國內(nèi)唯一可以整機交付使用的量子計算公司。除了在低溫超導量子計算領域布局，本源量子也是國內(nèi)唯一同時開展硅基半導體量子計算工程化的團隊，該團隊一直致力于超導與硅基半導體兩條兼容半導體產(chǎn)線工藝的量子計算芯片的研發(fā)。

此外，在2021年7月，啟科量子發(fā)布了中國第一臺百比特離子阱量子計算機工程AbaQ-1總體設計。目前，啟科量子已完成離子阱量子計算機研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈布局，與十多家上下游公司達成產(chǎn)業(yè)合作框架，并完成離子阱量子計算機模擬機IonMaster-1（教學版）和通用量子計算機算法模擬器QuBox（教學版）的研發(fā)。

不過，也有業(yè)內(nèi)人士提醒，國內(nèi)量子計算仍與國外存在差距，整體落后3-4年。因為量子計算常用的超導和半導體這樣兩條路徑，都需要用到傳統(tǒng)計算機中的一些集成電路芯片的技術、設備，這些方面國內(nèi)相對落后一些。“這些國際強隊無論在資金、人才、設備上都遠遠領先于我們。彎道超車，我覺得還是很遙遠的一個事情?！?/p>

02

2022年，哪些公司拿到了融資

量子計算產(chǎn)業(yè)化還在初期，量子科技企業(yè)商業(yè)化也在路上。任何企業(yè)想要發(fā)展下去，不僅需要斥巨資研制量子計算機，還需要擁有諸多研究人員設計制造量子硬件和軟件來支持這些機器?？偠灾?，量子計算都是一項極為燒錢的事業(yè)。

目前，量子計算的主要參與者可分為四大類：第一類是國際科技巨頭，例如IBM、谷歌、霍尼韋爾等；第二類是量子計算初創(chuàng)公司，例如Rigetti、IonQ等；第三類是國家科研院所，例如美國費米國家實驗室（Fermilab）、美國阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院；第四類是高水平研究型大學，例如劍橋大學、中國科學技術大學、哈佛大學等。

對于量子計算初創(chuàng)公司來說，融資也是關乎企業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。據(jù)光子盒研究院統(tǒng)計，2022年，全球范圍內(nèi)的量子計算領域共發(fā)生了77筆融資、合計21.29億美元。其中，中國公司融資達16筆，美國以15筆融資緊隨其后；不過，中國公司大多都不披露具體金額，美國融資總額達4.27億美元，占全球融資總額的20.05%。

對比2021年，在通貨膨脹、美聯(lián)儲加息、國內(nèi)投資機構出手放緩的背景下，去年國內(nèi)量子計算公司融資呈下降趨勢。那么，這一年究竟有哪幾家完成了新一輪融資？

1.本源量子

商業(yè)化進展不錯的本源量子，摘下國內(nèi)2022年量子計算領域融資金額榜首。

2022年7月，本源量子完成近10億元B輪融資，本輪融資由產(chǎn)業(yè)投資巨頭深創(chuàng)投下設紅土基金領投，其余跟投的新老股東包括，券商系的中信證券、中金公司，代表金融行業(yè)用戶的中銀投，以及響應國家“十四五規(guī)劃”的各地方政府注資基金，如安徽省科轉(zhuǎn)基金、中科育成、遠方基金、盛堃資本等國內(nèi)17家知名投資機構。

資料顯示，在此輪融資之前本源量子已完成三輪股權融資，股東陣容豪華，包括中央網(wǎng)信辦下設中網(wǎng)投，國務院下設國新基金，“硬科技”早期基金中科創(chuàng)星、中金資本，中天匯富等。

2.圖靈量子

圖靈量子在資本低谷時期，完成了2輪融資。2022年2月，國內(nèi)首家光量子計算公司「圖靈量子」宣布完成了第三輪Pre-A+輪融資。本輪融資由元禾原點領投，無錫濱湖國投等國內(nèi)知名投資機構參與，老股東君聯(lián)資本、琥珀資本等持續(xù)加碼。2023年1月，圖靈量子又完成數(shù)億元A輪融資。本輪融資由中網(wǎng)投領投，華控基金、東證創(chuàng)新、聯(lián)想創(chuàng)投等國內(nèi)知名投資機構跟投。

據(jù)悉，圖靈量子上?？偛亢捅本o錫三地聯(lián)動產(chǎn)業(yè)布局，上?？偛吭谛酒?、核心算法、以及量子啟發(fā)求解器上取得重大突破；無錫公司聯(lián)合上海交大和無錫市共同建設的國內(nèi)首條光子芯片中試線落地無錫市濱湖區(qū)；北京公司專注于光子/量子計算操作系統(tǒng)和人工智能融合技術研發(fā)。

3.華翊博奧

天使輪融資就有豪華投資方助陣。

2022年4月，華翊博奧宣布完成過億元的天使輪融資。本輪融資由高榕資本領投，奧銳特藥業(yè)股份有限公司、紅杉資本中國、奇績創(chuàng)壇及圖靈創(chuàng)投跟投。華翊量子成立于2022年1月，是國內(nèi)首家專注于離子阱量子計算技術路線的高科技企業(yè)，創(chuàng)始團隊來自清華大學量子信息中心，創(chuàng)始人及首席科學家為清華大學量子信息中心執(zhí)行主任段路明教授。

4.玻色量子

2022年4月，玻色量子完成數(shù)千萬元Pre-A輪融資，本輪融資由海貝資本獨家投資。

玻色量子成立于2020年底，是國內(nèi)稀缺的專注于量子計算的海歸創(chuàng)業(yè)企業(yè)之一。創(chuàng)始人&CEO文凱博士是清華基礎科學班畢業(yè)，美國斯坦福大學博士。創(chuàng)始團隊來自斯坦福大學、麻省理工、清華大學、中科院等頂尖學府。

此輪融資后，玻色量子也將持續(xù)專注于可擴展、可編程的光量子計算平臺的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)落地，建立上下游生態(tài)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，并不斷完善量子計算對AI、大數(shù)據(jù)、企服等各類問題的計算加速應用，以解決未來時代的算力需求，占領全球前沿硬科技發(fā)展先機。

5.未磁科技

未磁科技是國內(nèi)為數(shù)不多從事商用量子磁場傳感技術企業(yè)，也是將量子傳感技術融入到醫(yī)療領域的公司。

2022年6月，未磁科技宣布完成超億元A輪融資，本輪融資由老股東IDG資本領投，朗瑪峰創(chuàng)投、民銀國際、中關村科學城跟投，老股東雅瑞資本持續(xù)支持。同一時間，未磁科技獲得了首張基于原子磁力計技術的心磁圖儀醫(yī)療器械注冊證，成為國內(nèi)首家、全球第二家擁有此項領先技術并獲得醫(yī)療器械準入資質(zhì)的公司。

自成立以來，未磁科技以原子磁力計核心技術為平臺，以市場需求為導向，不但打破了美國對此領域商用技術多年的壟斷，實現(xiàn)了底層技術和核心器件的完全自主可控，并瞄準心腦重大疾病精準診斷和腦科學領域進行商業(yè)應用落地，率先成功研制了完全自主知識產(chǎn)權的心磁圖儀、腦磁圖儀等高端醫(yī)療影像器械，幫助我國成為繼美國之后第二個擁有量子生物磁場成像全產(chǎn)業(yè)鏈的國家。

6.量旋科技

量旋科技新一輪融資后，量子計算產(chǎn)業(yè)化加速落地。

2022年9月，量旋科技宣布完成總額近億元的Pre-B輪融資，領投方包括金景衡巽基金和深投控東海旗下的深圳灣天使三期基金，和順盈投資及老股東深圳高新投等跟投。量旋科技成立于2018年，是一家致力于量子計算產(chǎn)業(yè)化和實用化的國家高新技術企業(yè)，依托實用型超導芯片量子計算機、桌面型核磁共振量子計算機、通用量子計算云平臺和應用軟件進行產(chǎn)業(yè)布局。

自成立伊始，量旋科技就致力于量子計算的產(chǎn)業(yè)化和實用化，并依靠三大業(yè)務進行布局：在硬件方面，通過面向教育用戶的桌面型核磁共振量子計算機，率先實現(xiàn)從實驗室到市場的商業(yè)化落地；通過面向產(chǎn)業(yè)用戶的實用型超導芯片量子計算機，進行前沿技術的突破創(chuàng)新；在軟件方面，通過面向千行百業(yè)的量子計算云平臺，賦能行業(yè)合作伙伴共建更廣闊的產(chǎn)業(yè)價值鏈。2021年A輪融資之時，量旋科技已經(jīng)完成早期產(chǎn)品研發(fā)，經(jīng)過種子用戶的小范圍使用和迭代，于2022年春節(jié)后正式推出市場，并且快速進入商業(yè)化落地階段。

與上述公司相比，其他完成融資的量子科技相關公司也大多是初創(chuàng)企業(yè)偏多，融資輪次以早期為主。而且，這一批公司拿到融資后主要將資金用于研發(fā)產(chǎn)品、建設團隊，極個別公司在為商業(yè)化落地努力。由此可見，量子科技前沿的競爭正在不斷升溫，公司也在奮力拼搏、努力熬過這個短暫的資本寒冬。

03

即便再難，這場戰(zhàn)役也要堅持

熱度稍有下降后，量子計算乃至量子芯片賽道會走向何方？

“市場對量子計算的應用進行了某些超于實際，不切實際宣傳，對公眾和投資者造成了一定的誤導。去年投資市場的短期調(diào)整，對國內(nèi)量子計算行業(yè)也是一個小洗牌的過程?！眹鴥?nèi)某量子領域知名專家表示。

混亂是一切新秩序的前提，短暫的低谷也只是盛世的序曲。在各國科研人員看來，量子計算機內(nèi)部的量子芯片是下一代芯片的科技制高點，受到世界各國的高度關注，誰掌握了先機，誰就擁有著更多的話語權。

對于中國來說，量子芯片也是突破國外技術封鎖的關鍵技術之一。量子芯片作為量子計算機最核心的部分，是執(zhí)行量子計算和量子信息處理的硬件裝置。但由于量子計算遵循量子力學的規(guī)律和屬性，與傳統(tǒng)的經(jīng)典集成電路芯片相比，量子芯片在材料、工藝、設計、制造、封測等方面的要求和實現(xiàn)路徑上都存在一定差異。

這也為我們換道超車提供了機會。首先體現(xiàn)在材料端，傳統(tǒng)的芯片是基于硅打造的，目前量產(chǎn)的最先進的硅基芯片是5/3nm，而即使未來能夠做到1nm，那也幾乎就是極限了。但量子是已知物理中最小的單位，如果要追求更小、更精細，顯然量子芯片才是未來的方向。

據(jù)了解，中科大俞書宏院士課題組與國家納米科學中心唐智勇研究員課題組、多倫多大學Edward Sargent教授課題組開展合作。研究人員提出“雙緩沖層設計”合成策略，解決傳統(tǒng)半導體材料與磁性材料間的晶格和化學失配問題，實現(xiàn)了磁性材料在不同半導體特定位置的選擇性生長。

據(jù)悉，手性材料在偏振相關光子學和光電子學應用等領域的發(fā)展具有重要意義。目前，傳統(tǒng)手性納米材料在環(huán)境穩(wěn)定性和導電性方面通常存在局限性，限制了其實際應用。值得一提的是，這種新型磁光半導體納米材料的成功開發(fā)使得在室溫下的各向異性鐵磁性以及自旋操控成為可能，從而有望為自旋電子學和量子計算技術提供新的材料平臺。

其次，量子芯片可以打破***的限制魔咒。量子芯片是將量子線路集成在基片上，通過量子碰撞技術以進行信息的處理和傳輸，制造方面完全用不到***。

目前，本源量子完全自主研發(fā)研發(fā)了一臺“無損探針臺”。在量子芯片領域，這臺“無損探針臺”就是生產(chǎn)量子芯片的工業(yè)母機，是生產(chǎn)量子芯片不可或缺的設備。也可以理解為，這臺無損探針臺就是量子芯片的“***”。

而且，這臺機器100%中國造，其測量最小精度已達到微米級，探針造成的薄膜傷痕直徑最小在1μm以內(nèi)。據(jù)悉，“無損探針臺”可以實現(xiàn)對量子比特電阻的精準測量，從而進一步提高量子芯片生產(chǎn)過程中的良品率，大幅縮減量子芯片的研發(fā)周期。

由此，除了科研院所和上述的初創(chuàng)公司，國內(nèi)大廠也承擔了民族使命。近年來，我國在量子芯片的研發(fā)進展頗多。2023年1月，國內(nèi)首個專用于量子芯片生產(chǎn)的MLLAS-100激光退火儀研制成功。2022年底，華為公布的超導量子芯片專利，可有效降低量子比特之間的串擾難題，大幅提升量子芯片的良率，這是英特爾等美國芯片大廠都未曾取得的成果。

其他國內(nèi)科技大廠也不甘落后——阿里巴巴達摩院量子實驗室發(fā)布了阿里云量子開發(fā)平臺(Alibaba Cloud Quantum Development Platform，ACQDP)，開源自研量子計算模擬器“太章2.0”及一系列量子應用案例；

百度主要專注于量子人工智能，核心產(chǎn)品包括脈沖計算系統(tǒng)量脈、國內(nèi)首個量子機器學習開發(fā)工具量槳（Paddle Quantum）和國內(nèi)首個云原生量子計算平臺量易伏。

騰訊量子實驗室旨在研究量子計算與量子系統(tǒng)模擬的基礎理論，以及在相關應用領域和行業(yè)中的應用。2021年2月，健康元研究院與騰訊量子實驗室簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將共同推進量子計算+人工智能在微生物合成生物學研究及相關藥物研究領域的應用。

隨著國內(nèi)公司和科研院所量子技術領域的不斷突破，中國與海外的差距也在不斷縮小。

據(jù)ICV研究，通過對目前全球主要量子參與國家在資本投入、研究成果、研究員數(shù)量、專利數(shù)量、論文發(fā)表數(shù)量和量子公司數(shù)量6個維度進行評價。可以看出，目前美國和中國走在了全球最前列。

縱使量子芯片真正實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化還有段時間，但中國人看到了一個全新的方向。這是一條完全擺脫國外桎梏，真正有可能實現(xiàn)自主可控的技術道路。

04

結語

一方面在傳統(tǒng)電子芯片領域加緊追趕步伐，另一方面全力開發(fā)新的芯片技術，如量子芯片。

國務院副總理劉鶴在北京調(diào)研集成電路企業(yè)發(fā)展時強調(diào)，我國已形成較完整的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈，也涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀企業(yè)和企業(yè)家，在局部已形成了很強的能力。尤其是我國擁有龐大的芯片消費市場和豐富的應用場景，這是市場經(jīng)濟下最寶貴的資源，是推動集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性優(yōu)勢。

借助于國內(nèi)的優(yōu)質(zhì)市場基礎，量子芯片這個嶄新的技術領域有望成為領先世界的全新賽道。待到山花爛漫時她在叢中笑?？v使國內(nèi)量子芯片距離大規(guī)模商用仍有一段距離，但只要我們不放棄，就能打破芯片封鎖，改寫電子芯片時代的困局。

路在腳下，志在心中。這塊不同的量子芯片凝聚著中國最前沿的科研力量，更匯聚著國人打破封鎖的決心。

編輯：黃飛