全球第二！国产半导体量子芯片电路载板研制成功！

近日，据人民日报报道，我国科研团队成功研制出第一代商业级半导体量子芯片电路载板！此前国际上生产半导体量子芯片载板的仅有丹麦一家量子计算硬件公司。

该载板最大可支持6比特半导体量子芯片的封装和测试需求，使得半导体量子芯片可更高效地与其他量子计算机关键核心部件交互联通，将充分发挥半导体量子芯片的强大性能。

截图：人民日报

01．我国半导体量子计算芯片封装技术进入全新阶段

量子计算机是一种可以实现量子计算的机器，利用量子力学规律进行数学和逻辑运算、处理和储存信息。它以量子态作为记忆单元和信息储存形式，以量子动力学演化为信息传递与加工基础的量子通讯与量子计算，其硬件元件尺寸通常达到原子或分子的量级 。

传统计算机使用电路中的通断来表示0和1，而量子计算机使用量子比特（qubit）来表示0和1。量子比特可以基于量子力学体系中的量子态来表示，例如光子的偏振方向、电子的自旋方向、原子能级、以及其他量子系统的空间模式等。量子计算的原理是对量子力学系统中的量子态进行演化和操作。

量子计算机具有强大的量子信息处理能力，它能够从海量信息中提取有效的信息并加以处理，生成新的有用信息。举例来说，量子计算机可以准确预测天气状况，其预测准确率高于传统计算机。而且，量子计算机由于采用不可克隆的量子原理，不容易受到病毒攻击，用户能够放心上网而不担心个人信息泄露。另外，量子计算机的强大计算能力使其在金融领域能够准确分析金融走势，帮助避免金融危机；在生物化学研究中能够模拟新药物成分，实现更精确的药物研制 。

全球科技巨头如谷歌、微软和英特尔在量子计算领域采用超导、半导体、离子阱、超冷原子等不同技术路线进行推进。其中，半导体量子计算因其自旋量子比特尺寸小、可扩展性好、与现代半导体工艺技术兼容等优点，被视为实现大规模量子计算机处理器的强有力候选者之一。

半导体量子计算的关键是半导体量子芯片，而半导体量子芯片需要稳定、可控的量子比特和独特的载板设计，而半导体量子芯片载板的研发对投入资金多、技术壁垒高，因此目前国际上生产半导体量子芯片载板的仅有丹麦一家量子计算硬件公司。

量子芯片载板是量子芯片封装中不可或缺的一部分，量子芯片的载板就好比城市的‘地基’，它能够为半导体量子芯片提供基础支撑和信号连接，其上集成的电路和器件可有效提升量子比特信号读取的信噪比和读出保真度，确保量子芯片稳定运行。

该载板高度集成的各类量子功能器件和电路功能单元，极大地提升了量子芯片的操控性能。”量子计算芯片安徽省重点实验室副主任贾志龙介绍，“研发出这款半导体量子芯片电路载板可以大大节约我国在半导体量子计算技术路线的研发生产成本，也标志着我国半导体量子计算芯片封装技术进入全新阶段。”

02．芯片领域，我国“两条腿”走路

芯片分为三种类型，分别为传统芯片的硅基芯片、碳基芯片，以及未来发展趋势——量子芯片。

硅基芯片

硅基芯片是目前最广泛使用的芯片类型，利用硅作为主要材料制作。它具有与现有半导体工业技术兼容、成本相对较低和可靠性较高等优点。然而，随着集成度提高，硅基芯片面临着发展瓶颈，由于传统物理规律的限制，晶体管尺寸已经接近极限。此外，硅基芯片还面临着能耗和散热等问题。之前未受制裁时，华为公司发布的麒麟9000是基于5nm工艺制程的手机SoC，被认为是当时最强的安卓芯片之一 。

碳基芯片

碳基芯片利用碳作为主要材料制作，其中石墨烯是一种重要的碳纳米材料。碳基芯片具有较高的集成度和更快的运算速度。它具备在室温下可工作和更低的能耗和散热等优点。此前，中科院彭练矛院士团队研发的碳基芯片技术，有效制备出尺寸为5纳米的碳纳米管晶体管，为中国芯片的发展开辟了新的道路 。

量子芯片

量子芯片利用量子力学规律实现信息处理。其优势在于解决一些经典计算机难以解决或者无法解决的问题，如大数分解、数据库搜索、量子模拟、机器学习等。不同的实现方式包括超导量子计算、离子阱量子计算、中性原子量子计算、硅量子点量子计算、光量子计算、金刚石NV色心量子计算等。然而，量子芯片也面临着制作难度大、成本高、可扩展性差、容错性低、噪声干扰等挑战和不确定性。

尽管受到欧美国家限制核心技术出口和《瓦森纳条约》的阻挠，中国芯片技术的发展面临巨大的障碍。中国在光刻机技术、芯片制程工艺和关键材料制造等方面的发展受到限制：

在芯片制造环节，ASML公司掌握了最新的光刻机技术，其中EUV极紫外光刻机，能生产7nm以下芯片，但是继美日荷签订三方协议后，受到出口管制，其无法向我国出售，我国目前还在攻坚28nm光刻机制造。

而台积电和三星则在芯片制程工艺上拥有绝对的领先优势，目前已经向2nm进发，我们正完善14nm成熟制程。

日本则掌握了光刻胶等关键材料的制造（我国除了少数几家能制备KrF光刻胶的企业外，还未有能力制备更高的ArF和EUV光刻胶）。

受制于条约，中国无法使用最新的光刻机技术，只能通过不断技术突破和自主研发，努力提高自身的实力，力求在芯片领域实现超越。

我国在半导体芯片领域实施两步走战略，一方面是继续对传统芯片工艺及其半导体设备进行技术攻关；另一方面则是，加大对量子芯片、光子芯片等新型领域进行技术探索，目前均已取得突破性进展。

03．传统芯片领域捷报连连

在传统芯片领域上，近段时间也是捷报连连：华工激光半导体产品总监接受采访时介绍声称，该公司制造出我国首台核心部件100％国产化的高端晶圆激光切割设备，在半导体激光设备领域攻克多项中国第一。

国产半导体公司赛微电子日前宣布国产5G智能手机被外国“卡脖子”的技术之一，BAW滤波器，已成功国产化并实现量产。

截图：国家知识产权局官网

华为近日公布了一项名为“一种芯片封装以及芯片封装的制备方法”的专利，申请公布号为CN116547791A，这是一种芯片封装和芯片封装的制备方法，有利于提高芯片的性能。

截图：国家知识产权局官网

以及“具有改进的热性能的倒装芯片封装”专利，申请公布号为CN116601748A，提供芯片与散热器之间的接触方式，能帮助改善散热性能。

八亿时空宣布在KrF光刻胶方面取得了重大突破，已成功实现KrF光刻胶用PHS树脂及其衍生物百公斤级别的中试量产，并取得了国内部分光刻胶生产企业窄分布树脂订单，材料性能指标达到国际先进水平，成为国内少数能够大批量制造和供应这种关键材料的企业之一。

04．量子芯片领域未来可期

在量子计算领域的竞争中，谷歌的超导量子计算机“Sycamore”于2019年实现了量子霸权。随后，中国科学技术大学潘建伟院士团队在超导和光量子两种平台上也实现了量子优越性，最高达到76个光子。北京量子信息科学研究院发布的超导量子比特芯片成功实现了超长的退相干时间，达到了503微秒。

凭借对量子技术的巨大投入，中国在量子芯片专利技术领域已经走在了全球前列。根据统计数据，中国申请的量子技术专利占全球的52．3％，远超日本的13．8％、欧盟的10％、美国的10％以及韩国的3．6％。在量子计算机、量子传感和量子芯片等领域，中国拥有全球约50％的专利技术 。

华为、百度等科技企业积极参与到中国量子芯片领域的发展中。华为在研发方面投入巨大，2022年研发费用超过1615亿人民币，十年累计投入的研发费用超过9773亿人民币，截至2022年，华为持有超过12万项有效授权专利，是中国国家知识产权局和欧洲专利局2021／2022年度专利授权量排名第一的公司，其中两项芯片堆叠技术和一项超导量子芯片的专利，对推进量子芯片的研发具有重要意义。

截图：国家知识产权局官网

百度从量子软件出发，推出了云上量子脉冲系统“量脉”、云量一体的量子机器学习平台“量桨”以及全球首个云原生量子计算平台“量易伏”等。他们还发布了低温超导量子计算机“乾始”，并形成了全球首个全平台量子软硬一体化解决方案“量羲”，确保了在核心技术上的领先性和自主可控性。

图源：百度官方渠道

此外，国内还有许多企业进入了量子芯片领域，包括星环科技、安凯智能、国科微和紫光展锐等。随着国内量子技术的发展，量子芯片的生产线也将开始有序建设，中国首条量子芯片生产线位于安徽合肥的本源量子计算科技（合肥）股份有限公司，于2022年投入运营，并已生产了大量的量子芯片和量子放大器等产品。

05．OFweek维科网·电子工程总结

量子计算技术的研究与发展，不仅可以带来新的计算方式，还能推动芯片制造技术的进一步发展和创新。云计算和大数据以及AI等新兴技术的普及和应用需要更小、更快的芯片技术的支持，而量子计算技术本身就是一种新型的芯片技术。

芯片领域“两条腿”正加快步伐，攻克一项项技术难关，随着国内量子计算技术的不断发展，对于中国在芯片产业中获取更多主导权提供了可行性，我国科研团队研发出半导体量子芯片电路载板标志着我国半导体量子计算芯片封装技术进入全新阶段。随着芯片国产化的浪潮愈加汹涌，芸芸企业和科研团队也正奋楫争先，我国有望实现芯片领域“弯道超车”。