1960
全球半導(dǎo)體軍備競賽再度升級，哪些芯片能實(shí)現(xiàn)換道超車？量子芯片可能是其中一個路徑。
尤其在當(dāng)下，量子芯片已經(jīng)從電影中的科幻場景變成現(xiàn)實(shí)。在春節(jié)檔熱映的《流浪地球2》中，有一臺擁有超強(qiáng)算力和自我意識的量子計算機(jī)“MOSS”僅有手提箱大小，卻近乎無所不能，計算地球危機(jī)、上傳數(shù)字生命、孕育人工智能、指揮行星發(fā)動機(jī)建設(shè)等。有網(wǎng)友評論：以當(dāng)下量子計算發(fā)展來看，量子計算機(jī)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(shí)生活，我們雖然距離擁有自我意識的量子計算機(jī)還很遙遠(yuǎn)，但中國已經(jīng)具備交付電子計算機(jī)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(jī)，并成功交付一臺量子計算機(jī)給客戶使用。該量子計算機(jī)的成功交付標(biāo)志著中國成為世界上第三個具備量子計算機(jī)整機(jī)交付能力的國家。這是我國繼實(shí)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(lǐng)域的領(lǐng)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(dǎo)量子計算機(jī)「本源悟源」，并通過云平臺面向全球用戶提供量子計算服務(wù)；在2022年發(fā)布了國內(nèi)首個量子計算機(jī)和超級計算機(jī)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(jī)和超級計算機(jī)的優(yōu)勢。
我們要明白的是，量子計算機(jī)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(shù)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(dāng)前國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的困境？
交付一臺量子計算機(jī)有多牛？
我們先了解一個關(guān)于量子計算機(jī)工程化的問題。
在這之前，我們先了解下量子計算的情況。當(dāng)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(shù)的核心，沒有量子計算，量子技術(shù)其他領(lǐng)域的發(fā)展不足以動搖現(xiàn)有信息技術(shù)的根基。這足以彰顯量子計算的重要性。
從上世紀(jì)八十年代開始，本尼奧夫、曼寧和費(fèi)曼三位科學(xué)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(yàn)證，開始邁向量子計算的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化階段。中國科學(xué)院物理研究所研究員、北京量子信息科學(xué)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(yīng)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(shí)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(quán)，就可能失去未來信息社會的話語權(quán)。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(jī)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(jī)帶出實(shí)驗(yàn)室，陸續(xù)推出工程化方案和工程機(jī)。
如IBM與匯豐銀行合作，共同探索量子計算在金融服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用；谷歌與醫(yī)藥公司勃林格殷格翰合作,專注于研究與實(shí)現(xiàn)藥物研發(fā)領(lǐng)域量子計算的前沿應(yīng)用案例；IonQ則是探索使用量子計算來改進(jìn)電池化學(xué)性質(zhì)，同時，也努力將量子機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于未來移動設(shè)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(jìn)。
早在2020年，本源量子就已經(jīng)組裝完成了國內(nèi)首臺超導(dǎo)量子計算機(jī)——本源悟源。本源量子也是目前國內(nèi)唯一可以整機(jī)交付使用的量子計算公司。除了在低溫超導(dǎo)量子計算領(lǐng)域布局，本源量子也是國內(nèi)唯一同時開展硅基半導(dǎo)體量子計算工程化的團(tuán)隊，該團(tuán)隊一直致力于超導(dǎo)與硅基半導(dǎo)體兩條兼容半導(dǎo)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(jī)工程AbaQ-1總體設(shè)計。目前，啟科量子已完成離子阱量子計算機(jī)研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈布局，與十多家上下游公司達(dá)成產(chǎn)業(yè)合作框架，并完成離子阱量子計算機(jī)模擬機(jī)IonMaster-1（教學(xué)版）和通用量子計算機(jī)算法模擬器QuBox（教學(xué)版）的研發(fā)。
（分布式離子阱量子計算機(jī) 圖源：啟科量子官網(wǎng)）
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?yàn)榱孔佑嬎愠Ｓ玫某瑢?dǎo)和半導(dǎo)體這樣兩條路徑，都需要用到傳統(tǒng)計算機(jī)中的一些集成電路芯片的技術(shù)、設(shè)備，這些方面國內(nèi)相對落后一些?！斑@些國際強(qiáng)隊無論在資金、人才、設(shè)備上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于我們。彎道超車，我覺得還是很遙遠(yuǎn)的一個事情?！?/p>
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(jī)，還需要擁有諸多研究人員設(shè)計制造量子硬件和軟件來支持這些機(jī)器。總而言之，量子計算都是一項(xiàng)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(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室（Fermilab）、美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)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(xué)，例如劍橋大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、哈佛大學(xué)等。
對于量子計算初創(chuàng)公司來說，融資也是關(guān)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(lǐng)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(dá)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(dá)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(jī)構(gòu)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(jìn)展不錯的本源量子，摘下國內(nèi)2022年量子計算領(lǐng)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(shè)紅土基金領(lǐng)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(yīng)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(yuǎn)方基金、盛堃資本等國內(nèi)17家知名投資機(jī)構(gòu)。
資料顯示，在此輪融資之前本源量子已完成三輪股權(quán)融資，股東陣容豪華，包括中央網(wǎng)信辦下設(shè)中網(wǎng)投，國務(wù)院下設(shè)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(diǎn)領(lǐng)投，無錫濱湖國投等國內(nèi)知名投資機(jī)構(gòu)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(lǐng)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(jī)構(gòu)跟投。
據(jù)悉，圖靈量子上?？偛亢捅本?、無錫三地聯(lián)動產(chǎn)業(yè)布局，上海總部在芯片、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(shè)的國內(nèi)首條光子芯片中試線落地?zé)o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(shù)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(lǐng)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(shù)路線的高科技企業(yè)，創(chuàng)始團(tuán)隊來自清華大學(xué)量子信息中心，創(chuàng)始人及首席科學(xué)家為清華大學(xué)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(dú)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(chǔ)科學(xué)班畢業(yè)，美國斯坦福大學(xué)博士。創(chuàng)始團(tuán)隊來自斯坦福大學(xué)、麻省理工、清華大學(xué)、中科院等頂尖學(xué)府。
此輪融資后，玻色量子也將持續(xù)專注于可擴(kuò)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(yīng)用，以解決未來時代的算力需求，占領(lǐng)全球前沿硬科技發(fā)展先機(jī)。
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(shù)企業(yè)，也是將量子傳感技術(shù)融入到醫(yī)療領(lǐng)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(lǐng)投，朗瑪峰創(chuàng)投、民銀國際、中關(guān)村科學(xué)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(shù)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(xiàng)領(lǐng)先技術(shù)并獲得醫(yī)療器械準(zhǔn)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(shù)為平臺，以市場需求為導(dǎo)向，不但打破了美國對此領(lǐng)域商用技術(shù)多年的壟斷，實(shí)現(xiàn)了底層技術(shù)和核心器件的完全自主可控，并瞄準(zhǔn)心腦重大疾病精準(zhǔn)診斷和腦科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用落地，率先成功研制了完全自主知識產(chǎn)權(quán)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(lǐng)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(shí)用化的國家高新技術(shù)企業(yè)，依托實(shí)用型超導(dǎo)芯片量子計算機(jī)、桌面型核磁共振量子計算機(jī)、通用量子計算云平臺和應(yīng)用軟件進(jìn)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(shí)用化，并依靠三大業(yè)務(wù)進(jìn)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(jī)，率先實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到市場的商業(yè)化落地；通過面向產(chǎn)業(yè)用戶的實(shí)用型超導(dǎo)芯片量子計算機(jī)，進(jìn)行前沿技術(shù)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(jìn)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(guān)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(shè)團(tuán)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。
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(yīng)用進(jìn)行了某些超于實(shí)際，不切實(shí)際宣傳，對公眾和投資者造成了一定的誤導(dǎo)。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(lǐng)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(jī)內(nèi)部的量子芯片是下一代芯片的科技制高點(diǎn)，受到世界各國的高度關(guān)注，誰掌握了先機(jī)，誰就擁有著更多的話語權(quán)。
對于中國來說，量子芯片也是突破國外技術(shù)封鎖的關(guān)鍵技術(shù)之一。量子芯片作為量子計算機(jī)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(xué)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(shè)計、制造、封測等方面的要求和實(shí)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(jī)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(jìn)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(xì)，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(xué)中心唐智勇研究員課題組、多倫多大學(xué)Edward Sargent教授課題組開展合作。研究人員提出“雙緩沖層設(shè)計”合成策略，解決傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料與磁性材料間的晶格和化學(xué)失配問題，實(shí)現(xiàn)了磁性材料在不同半導(dǎo)體特定位置的選擇性生長。
據(jù)悉，手性材料在偏振相關(guān)光子學(xué)和光電子學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)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(dǎo)電性方面通常存在局限性，限制了其實(shí)際應(yīng)用。值得一提的是，這種新型磁光半導(dǎo)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(xué)和量子計算技術(shù)提供新的材料平臺。
其次，量子芯片可以打破光刻機(jī)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(shù)以進(jìn)行信息的處理和傳輸，制造方面完全用不到光刻機(jī)。
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(lǐng)域，這臺“無損探針臺”就是生產(chǎn)量子芯片的工業(yè)母機(jī)，是生產(chǎn)量子芯片不可或缺的設(shè)備。也可以理解為，這臺無損探針臺就是量子芯片的“光刻機(jī)”。
而且，這臺機(jī)器100%中國造，其測量最小精度已達(dá)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(shí)現(xiàn)對量子比特電阻的精準(zhǔn)測量，從而進(jìn)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(dān)了民族使命。近年來，我國在量子芯片的研發(fā)進(jìn)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(dǎo)量子芯片專利，可有效降低量子比特之間的串?dāng)_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(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(jī)器學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)室旨在研究量子計算與量子系統(tǒng)模擬的基礎(chǔ)理論，以及在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè)中的應(yīng)用。2021年2月，健康元研究院與騰訊量子實(shí)驗(yàn)室簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將共同推進(jìn)量子計算+人工智能在微生物合成生物學(xué)研究及相關(guān)藥物研究領(lǐng)域的應(yīng)用。
隨著國內(nèi)公司和科研院所量子技術(shù)領(lǐng)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(jìn)行評價?？梢钥闯?，目前美國和中國走在了全球最前列。
縱使量子芯片真正實(shí)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(shí)現(xiàn)自主可控的技術(shù)道路。
結(jié)語
一方面在傳統(tǒng)電子芯片領(lǐng)域加緊追趕步伐，另一方面全力開發(fā)新的芯片技術(shù)，如量子芯片。
國務(wù)院副總理劉鶴在北京調(diào)研集成電路企業(yè)發(fā)展時強(qiáng)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(qiáng)的能力。尤其是我國擁有龐大的芯片消費(fèi)市場和豐富的應(yīng)用場景，這是市場經(jīng)濟(jì)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(chǔ)，量子芯片這個嶄新的技術(shù)領(lǐng)域有望成為領(lǐng)先世界的全新賽道。待到山花爛漫時她在叢中笑。縱使國內(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。
