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全球半导体军备竞赛再度升级，哪些芯片能实现换道超车？量子芯片可能是其中一个路径。
尤其在当下，量子芯片已经从电影中的科幻场景变成现实。在春节档热映的《流浪地球2》中，有一台拥有超强算力和自我意识的量子计算机“MOSS”仅有手提箱大小，却近乎无所不能，计算地球危机、上传数字生命、孕育人工智能、指挥行星发动机建设等。有网友评论：以当下量子计算发展来看，量子计算机更多地用于专用计算，可以说现在还处于「算盘」的阶段。
回归到现实生活，我们虽然距离拥有自我意识的量子计算机还很遥远，但中国已经具备交付电子计算机的能力。
1月28日，合肥本源量子研发出多台中国量子计算机，并成功交付一台量子计算机给客户使用。该量子计算机的成功交付标志着中国成为世界上第三个具备量子计算机整机交付能力的国家。这是我国继实现“量子优越性”之后，又一次确立了在国际量子计算研究领域的领先地位。
据了解，本源量子是中国第一家量子计算公司，其在2020年已上线国内首台国产超导量子计算机「本源悟源」，并通过云平台面向全球用户提供量子计算服务；在2022年发布了国内首个量子计算机和超级计算机协同计算系统解决方案，该方案可以双向发挥量子计算机和超级计算机的优势。
我们要明白的是，量子计算机的核心支柱是量子芯片，而量子芯片的诞生可以解决现有最高性能芯片都无法解决的算力缺失问题，也将真正带来科技的又一次技术革命。那么问题来了，我国量子计算发展到了怎样的程度？量子芯片能否彻底改写当前国内半导体产业的困境？
交付一台量子计算机有多牛？
我们先了解一个关于量子计算机工程化的问题。
在这之前，我们先了解下量子计算的情况。当前，国内外量子科技主要在3个方向展开激烈竞争：量子计算、量子通信、量子测量。而量子计算是量子信息技术的核心，没有量子计算，量子技术其他领域的发展不足以动摇现有信息技术的根基。这足以彰显量子计算的重要性。
从上世纪八十年代开始，本尼奥夫、曼宁和费曼三位科学家提出了量子计算，经过了基本物理思想和初级原理的验证，开始迈向量子计算的应用与产业化阶段。中国科学院物理研究所研究员、北京量子信息科学研究院院长向涛院士将这一阶段称为“中等规模带噪声的量子计算时代”。
在“中等规模带噪声的量子计算”时代，量子计算的应用与产业化已经开始，并已成为国际大企业大公司展示实力、布局未来的新战场。造成这种激烈竞争局面的背后逻辑非常简单：失去量子计算的控制权，就可能失去未来信息社会的话语权。同时，产业化也为量子计算研究注入了新的活力，加速了量子计算的发展。
现在量子计算机处于刚刚从研发开始转向工程化的阶段，也开启了初步商业化探索之路。近年来，国外量子计算巨头如IBM、谷歌、微软、霍尼韦尔等开始尝试将量子计算机带出实验室，陆续推出工程化方案和工程机。
如IBM与汇丰银行合作，共同探索量子计算在金融服务领域的应用；谷歌与医药公司勃林格殷格翰合作,专注于研究与实现药物研发领域量子计算的前沿应用案例；IonQ则是探索使用量子计算来改进电池化学性质，同时，也努力将量子机器学习应用于未来移动设备的图像分类和3D物体检测。
国内量子计算公司虽然体量不如国外大厂，但也在努力朝着工程化方向前进。
早在2020年，本源量子就已经组装完成了国内首台超导量子计算机——本源悟源。本源量子也是目前国内唯一可以整机交付使用的量子计算公司。除了在低温超导量子计算领域布局，本源量子也是国内唯一同时开展硅基半导体量子计算工程化的团队，该团队一直致力于超导与硅基半导体两条兼容半导体产线工艺的量子计算芯片的研发。
此外，在2021年7月，启科量子发布了中国第一台百比特离子阱量子计算机工程AbaQ-1总体设计。目前，启科量子已完成离子阱量子计算机研发产业链布局，与十多家上下游公司达成产业合作框架，并完成离子阱量子计算机模拟机IonMaster-1（教学版）和通用量子计算机算法模拟器QuBox（教学版）的研发。
（分布式离子阱量子计算机 图源：启科量子官网）
不过，也有业内人士提醒，国内量子计算仍与国外存在差距，整体落后3-4年。因为量子计算常用的超导和半导体这样两条路径，都需要用到传统计算机中的一些集成电路芯片的技术、设备，这些方面国内相对落后一些。“这些国际强队无论在资金、人才、设备上都远远领先于我们。弯道超车，我觉得还是很遥远的一个事情。”
2022年，哪些公司拿到了融资
量子计算产业化还在初期，量子科技企业商业化也在路上。任何企业想要发展下去，不仅需要斥巨资研制量子计算机，还需要拥有诸多研究人员设计制造量子硬件和软件来支持这些机器。总而言之，量子计算都是一项极为烧钱的事业。
目前，量子计算的主要参与者可分为四大类：第一类是国际科技巨头，例如IBM、谷歌、霍尼韦尔等；第二类是量子计算初创公司，例如Rigetti、IonQ等；第三类是国家科研院所，例如美国费米国家实验室（Fermilab）、美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）、中科院量子信息与量子科技创新研究院；第四类是高水平研究型大学，例如剑桥大学、中国科学技术大学、哈佛大学等。
对于量子计算初创公司来说，融资也是关乎企业发展的重要环节。据光子盒研究院统计，2022年，全球范围内的量子计算领域共发生了77笔融资、合计21.29亿美元。其中，中国公司融资达16笔，美国以15笔融资紧随其后；不过，中国公司大多都不披露具体金额，美国融资总额达4.27亿美元，占全球融资总额的20.05%。
对比2021年，在通货膨胀、美联储加息、国内投资机构出手放缓的背景下，去年国内量子计算公司融资呈下降趋势。那么，这一年究竟有哪几家完成了新一轮融资？
1.本源量子
商业化进展不错的本源量子，摘下国内2022年量子计算领域融资金额榜首。
2022年7月，本源量子完成近10亿元B轮融资，本轮融资由产业投资巨头深创投下设红土基金领投，其余跟投的新老股东包括，券商系的中信证券、中金公司，代表金融行业用户的中银投，以及响应国家“十四五规划”的各地方政府注资基金，如安徽省科转基金、中科育成、远方基金、盛堃资本等国内17家知名投资机构。
资料显示，在此轮融资之前本源量子已完成三轮股权融资，股东阵容豪华，包括中央网信办下设中网投，国务院下设国新基金，“硬科技”早期基金中科创星、中金资本，中天汇富等。
2.图灵量子
图灵量子在资本低谷时期，完成了2轮融资。2022年2月，国内首家光量子计算公司「图灵量子」宣布完成了第三轮Pre-A+轮融资。本轮融资由元禾原点领投，无锡滨湖国投等国内知名投资机构参与，老股东君联资本、琥珀资本等持续加码。2023年1月，图灵量子又完成数亿元A轮融资。本轮融资由中网投领投，华控基金、东证创新、联想创投等国内知名投资机构跟投。
据悉，图灵量子上海总部和北京、无锡三地联动产业布局，上海总部在芯片、核心算法、以及量子启发求解器上取得重大突破；无锡公司联合上海交大和无锡市共同建设的国内首条光子芯片中试线落地无锡市滨湖区；北京公司专注于光子/量子计算操作系统和人工智能融合技术研发。
3.华翊博奥
天使轮融资就有豪华投资方助阵。
2022年4月，华翊博奥宣布完成过亿元的天使轮融资。本轮融资由高榕资本领投，奥锐特药业股份有限公司、红杉资本中国、奇绩创坛及图灵创投跟投。华翊量子成立于2022年1月，是国内首家专注于离子阱量子计算技术路线的高科技企业，创始团队来自清华大学量子信息中心，创始人及首席科学家为清华大学量子信息中心执行主任段路明教授。
4.玻色量子
2022年4月，玻色量子完成数千万元Pre-A轮融资，本轮融资由海贝资本独家投资。
玻色量子成立于2020年底，是国内稀缺的专注于量子计算的海归创业企业之一。创始人&CEO文凯博士是清华基础科学班毕业，美国斯坦福大学博士。创始团队来自斯坦福大学、麻省理工、清华大学、中科院等顶尖学府。
此轮融资后，玻色量子也将持续专注于可扩展、可编程的光量子计算平台的研发和产业落地，建立上下游生态链和产业链，并不断完善量子计算对AI、大数据、企服等各类问题的计算加速应用，以解决未来时代的算力需求，占领全球前沿硬科技发展先机。
5.未磁科技
未磁科技是国内为数不多从事商用量子磁场传感技术企业，也是将量子传感技术融入到医疗领域的公司。
2022年6月，未磁科技宣布完成超亿元A轮融资，本轮融资由老股东IDG资本领投，朗玛峰创投、民银国际、中关村科学城跟投，老股东雅瑞资本持续支持。同一时间，未磁科技获得了首张基于原子磁力计技术的心磁图仪医疗器械注册证，成为国内首家、全球第二家拥有此项领先技术并获得医疗器械准入资质的公司。
自成立以来，未磁科技以原子磁力计核心技术为平台，以市场需求为导向，不但打破了美国对此领域商用技术多年的垄断，实现了底层技术和核心器件的完全自主可控，并瞄准心脑重大疾病精准诊断和脑科学领域进行商业应用落地，率先成功研制了完全自主知识产权的心磁图仪、脑磁图仪等高端医疗影像器械，帮助我国成为继美国之后第二个拥有量子生物磁场成像全产业链的国家。
6.量旋科技
量旋科技新一轮融资后，量子计算产业化加速落地。
2022年9月，量旋科技宣布完成总额近亿元的Pre-B轮融资，领投方包括金景衡巽基金和深投控东海旗下的深圳湾天使三期基金，和顺盈投资及老股东深圳高新投等跟投。量旋科技成立于2018年，是一家致力于量子计算产业化和实用化的国家高新技术企业，依托实用型超导芯片量子计算机、桌面型核磁共振量子计算机、通用量子计算云平台和应用软件进行产业布局。
自成立伊始，量旋科技就致力于量子计算的产业化和实用化，并依靠三大业务进行布局：在硬件方面，通过面向教育用户的桌面型核磁共振量子计算机，率先实现从实验室到市场的商业化落地；通过面向产业用户的实用型超导芯片量子计算机，进行前沿技术的突破创新；在软件方面，通过面向千行百业的量子计算云平台，赋能行业合作伙伴共建更广阔的产业价值链。2021年A轮融资之时，量旋科技已经完成早期产品研发，经过种子用户的小范围使用和迭代，于2022年春节后正式推出市场，并且快速进入商业化落地阶段。
与上述公司相比，其他完成融资的量子科技相关公司也大多是初创企业偏多，融资轮次以早期为主。而且，这一批公司拿到融资后主要将资金用于研发产品、建设团队，极个别公司在为商业化落地努力。由此可见，量子科技前沿的竞争正在不断升温，公司也在奋力拼搏、努力熬过这个短暂的资本寒冬。
即便再难，这场战役也要坚持
热度稍有下降后，量子计算乃至量子芯片赛道会走向何方？
“市场对量子计算的应用进行了某些超于实际，不切实际宣传，对公众和投资者造成了一定的误导。去年投资市场的短期调整，对国内量子计算行业也是一个小洗牌的过程。”国内某量子领域知名专家表示。
混乱是一切新秩序的前提，短暂的低谷也只是盛世的序曲。在各国科研人员看来，量子计算机内部的量子芯片是下一代芯片的科技制高点，受到世界各国的高度关注，谁掌握了先机，谁就拥有着更多的话语权。
对于中国来说，量子芯片也是突破国外技术封锁的关键技术之一。量子芯片作为量子计算机最核心的部分，是执行量子计算和量子信息处理的硬件装置。但由于量子计算遵循量子力学的规律和属性，与传统的经典集成电路芯片相比，量子芯片在材料、工艺、设计、制造、封测等方面的要求和实现路径上都存在一定差异。
这也为我们换道超车提供了机会。首先体现在材料端，传统的芯片是基于硅打造的，目前量产的最先进的硅基芯片是5/3nm，而即使未来能够做到1nm，那也几乎就是极限了。但量子是已知物理中最小的单位，如果要追求更小、更精细，显然量子芯片才是未来的方向。
据了解，中科大俞书宏院士课题组与国家纳米科学中心唐智勇研究员课题组、多伦多大学Edward Sargent教授课题组开展合作。研究人员提出“双缓冲层设计”合成策略，解决传统半导体材料与磁性材料间的晶格和化学失配问题，实现了磁性材料在不同半导体特定位置的选择性生长。
据悉，手性材料在偏振相关光子学和光电子学应用等领域的发展具有重要意义。目前，传统手性纳米材料在环境稳定性和导电性方面通常存在局限性，限制了其实际应用。值得一提的是，这种新型磁光半导体纳米材料的成功开发使得在室温下的各向异性铁磁性以及自旋操控成为可能，从而有望为自旋电子学和量子计算技术提供新的材料平台。
其次，量子芯片可以打破光刻机的限制魔咒。量子芯片是将量子线路集成在基片上，通过量子碰撞技术以进行信息的处理和传输，制造方面完全用不到光刻机。
目前，本源量子完全自主研发研发了一台“无损探针台”。在量子芯片领域，这台“无损探针台”就是生产量子芯片的工业母机，是生产量子芯片不可或缺的设备。也可以理解为，这台无损探针台就是量子芯片的“光刻机”。
而且，这台机器100%中国造，其测量最小精度已达到微米级，探针造成的薄膜伤痕直径最小在1μm以内。据悉，“无损探针台”可以实现对量子比特电阻的精准测量，从而进一步提高量子芯片生产过程中的良品率，大幅缩减量子芯片的研发周期。
由此，除了科研院所和上述的初创公司，国内大厂也承担了民族使命。近年来，我国在量子芯片的研发进展颇多。2023年1月，国内首个专用于量子芯片生产的MLLAS-100激光退火仪研制成功。2022年底，华为公布的超导量子芯片专利，可有效降低量子比特之间的串扰难题，大幅提升量子芯片的良率，这是英特尔等美国芯片大厂都未曾取得的成果。
其他国内科技大厂也不甘落后——阿里巴巴达摩院量子实验室发布了阿里云量子开发平台(Alibaba Cloud Quantum Development Platform，ACQDP)，开源自研量子计算模拟器“太章2.0”及一系列量子应用案例；
百度主要专注于量子人工智能，核心产品包括脉冲计算系统量脉、国内首个量子机器学习开发工具量桨（Paddle Quantum）和国内首个云原生量子计算平台量易伏。
腾讯量子实验室旨在研究量子计算与量子系统模拟的基础理论，以及在相关应用领域和行业中的应用。2021年2月，健康元研究院与腾讯量子实验室签署了战略合作协议，双方将共同推进量子计算+人工智能在微生物合成生物学研究及相关药物研究领域的应用。
随着国内公司和科研院所量子技术领域的不断突破，中国与海外的差距也在不断缩小。
据ICV研究，通过对目前全球主要量子参与国家在资本投入、研究成果、研究员数量、专利数量、论文发表数量和量子公司数量6个维度进行评价。可以看出，目前美国和中国走在了全球最前列。
纵使量子芯片真正实现大规模产业化和商业化还有段时间，但中国人看到了一个全新的方向。这是一条完全摆脱国外桎梏，真正有可能实现自主可控的技术道路。
结语
一方面在传统电子芯片领域加紧追赶步伐，另一方面全力开发新的芯片技术，如量子芯片。
国务院副总理刘鹤在北京调研集成电路企业发展时强调，我国已形成较完整的集成电路产业链，也涌现了一批优秀企业和企业家，在局部已形成了很强的能力。尤其是我国拥有庞大的芯片消费市场和丰富的应用场景，这是市场经济下最宝贵的资源，是推动集成电路产业发展的战略性优势。
借助于国内的优质市场基础，量子芯片这个崭新的技术领域有望成为领先世界的全新赛道。待到山花烂漫时她在丛中笑。纵使国内量子芯片距离大规模商用仍有一段距离，但只要我们不放弃，就能打破芯片封锁，改写电子芯片时代的困局。
路在脚下，志在心中。这块不同的量子芯片凝聚着中国最前沿的科研力量，更汇聚着国人打破封锁的决心。
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