量子计算是各大科技公司竞争的下一个技术焦点，此前已经有多种量子计算机问世，英特尔也在研发自己的量子芯片，而且走的是硅自旋量子，使用传统的CMOS半导体工艺就能生产。

日前英特尔宣布推出名为Tunnel Falls的量子芯片，有12个硅自旋量子比特，进一步提升实用性，这也是英特尔迄今为止研发的最先进的硅自旋量子比特芯片，利用了英特尔数十年来积累的晶体管设计和制造能力。

在英特尔的晶圆厂里，Tunnel Falls是在300毫米的硅晶圆上生产的，利用了英特尔领先的晶体管工业化制造能力，如极紫外光刻技术（EUV），以及栅极和接触层加工技术。在硅自旋量子比特中，信息（0/1）被编码在单个电子的自旋（上/下）中。

硅自旋量子比特本质上是一个单电子晶体管，因此英特尔能够采用与标准CMOS（互补金属氧化物半导体）逻辑生产线类似的流程制造它。

英特尔认为，硅自旋量子比特比其他量子比特技术更有优势，因其可以利用先进晶体管类似的生产技术。硅自旋量子比特的大小与一个晶体管相似，约为50x50纳米，比其它类型的量子比特小100万倍，并有望更快实现量产。《自然·电子学》期刊上的一篇论文1表示，“硅可能是最有机会实现大规模量子计算的平台”。

同时，利用先进的CMOS生产线，英特尔可以通过其创新的制程控制技术提高良率和性能。Tunnel Falls的良率达到了95%，实现了与CMOS逻辑制程接近的电压均匀性（voltage uniformity）。此外，英特尔可在每块晶圆上实现超过24000个量子点。Tunnel Falls能够形成可被相互隔离或同时操控的4到12个量子比特。

接下来，英特尔将继续致力于提高Tunnel Falls的性能，并将其和英特尔量子软件开发工具包（SDK）整合在一起，集成到英特尔的量子计算堆栈中。

此外，基于制造Tunnel Falls的经验，英特尔已经开始研发下一代量子芯片，预计将于2024年推出。


为什么要研发量子芯片？

量子芯片究竟有多重要呢？其实在传统芯片技术上，一直都是按照摩尔定律进行更新迭代，所谓摩尔定律就是芯片性能每隔18个月就会翻一倍，这也是为什么去年全球先进制程达到4nm，今年就已经有3nm制程、甚至是2nm制程的芯片产品问世，可是接下来问题来了，因为随着晶体管数量的不断增加，制程工艺发展到1nm时，就会出现所谓的物理极限，也就是所谓的量子隧穿效应，这种效应将会让芯片变得无法正常工作，因此传统芯片的性能也就无法继续往上提升了。

也正是因为如此，量子芯片成为了新的可能，因为量子芯片不存在物理极限，理论上可以一直往上升级，量子芯片所使用的原材料与传统芯片不同，传统芯片使用的是硅材料，所以存在物理极限，量子芯片原材料更为丰富，更是可以以超导体、半导体、绝缘体或者金属等材料进行生产，包括量子芯片的工作逻辑也与传统芯片大不相同，传统芯片只有0和1分别代表开和关，量子芯片根据量子力学的原理，可以做到既是0又是1，同时还能处于0和1的叠加状态，所以运行的算力也会更强。

总而言之，量子芯片已经可以确定就是下一代的芯片产品，如今美国在传统芯片领域卡住我们脖子，导致我们无法拥有高端芯片，可是在量子芯片领域，我们却有着自己独特的技术，是不存在被美国卡脖子的可能性，特别是最近几年，我们不断在量子芯片领域取得重大突破，更是无比振奋人心，比如中国科研团队研制出的量子芯片冰箱，只要有了这个冰箱，就可以让量子芯片正常工作，另外中国首条量子芯片生产线也投入使用。

包括还有本源量子团队，已经先后研发出中国首个自主研发的超导量子计算机本源悟源、中国首款量子计算机操作系统本源司南，以及中国首个量子计算云平台，本源量子更是联合相关行业单位成立了量子芯片联合实验室，并且建设了中国首条量子芯片生产线，先不说我们是否在量子领域领先全球，至少有一点不可否认的是，我们对量子技术的研究和布局是最深的，同时我们针对量子技术的投入也是最大的，如今国产芯片由于没有光刻机，没有高端芯片设计软件，没有芯片领域的核心技术，几乎已经看不到任何希望了，可是我们在量子芯片领域取得重大突破，又让我们看到了国产芯片终于有救了。

世界各国积极布局量子科技

据中金公司研报，我国高度重视量子科技的研究与发展，“十四五”规划中提出了组建一批量子信息国家实验室，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目，随后北京、上海、山东等21个省市在地方“十四五”规划中都对量子信息领域做出了具体部署与项目支持。

英国、德国、美国等各国均加速布局量子科技研发项目并加大资金投入，全球量子科技产业联盟相继成立。作为最有前景的前沿技术之一，量子科技成为必争的前沿领域。

企业层面，互联网巨头如Google、IBM、Microsoft等均积极推进并发布了量子路线图；初创公司也取得相应成就。我国的各大高校和机构近年来成绩突出，进入全球量子计算领域研究的第一梯队。

据光子盒预计，到2027年，全球量子计算行业的产业规模将达到87亿美元；而到了2028年将快速增长到319亿美元，行业进入爆发增长期，到2030年整体产业规模预计将达到1197亿美元，行业应用实现较大规模的推广，整机采购、云服务与应用解决方案将获得庞大的采购量；在随后的5到10年内，该产业规模将增长到2035年的6070亿美元。

全球量子计算产业复合年均增长率自2022年至2027年为31.28%，而2027年至2035年增长为44.5%，向万亿级产业规模迈进。


量子芯片的未来发展方向？

1.提高量子比特的稳定性和可控性

很多研究机构正在研究如何减少量子的噪声干扰，以提高量子的稳定性。


2.开发新型的量子芯片材料

量子芯片制造过程复杂，需要先进的技术和设备，为了降低成本很多研究机构正在研究新型的量子芯片材料。


3.量子芯片计算能力的提高

目前的量子芯片只能进行简单的计算，为了提高量子芯片的计算能力，很多研究机构正在研究新的量子计算算法和量子编码技术，以便更好地实现量子计算。

未来的量子芯片领域有着很大的发展空间，将会广泛应用到各个领域，所以量子芯片是非常具有潜力的，未来的发展前景一定会特别好。