日本经济快速发展时号称“买下整个美国”,然后就被美国用广岛条约制裁导致“消失的十年”。俄乌战争一开打,美国就制裁了俄罗斯的能源交易,顺带还吸了欧盟的血。中国发展半导体,美国就立刻制裁中国的半导体行业还不准韩国三星进入中国市场,中国和韩国都收到了美国准备的“制裁礼物”。
但是近些天拜登估计要睡不好觉了,因为之前美国“呕心沥血”的封锁中国失败了,中国在一个关键技术上取得了突破。这个技术究竟是什么?怎么在欧盟的封锁下就突破了?
一、什么是量子?
上个月我国宣布突破的技术是量子领域上的技术,量子领域听起来就是突出两个字“高端”。量子领域和我们常见的宏观领域不同,正如诺贝尔奖得主玻尔所说“谁不对量子力学感到困惑,谁就不懂量子力学。”
那么什么是量子呢?是不是就和物理化学里面的分子、原子、电子、质子、中子、光子这些是多胞胎兄弟,都是一种看不见的粒子呢?其实不是,量子并不是一个特别小的物质,在提到量子时通常会带上量子的载体。就像科学家讲到光量子,其实是说具有量子状态的一个光子罢了。
量子其实是量子力学里特有的一种状态,这个状态是一份一份的。不同于数学领域,两个数字之间还有无穷个小数。量子就相当于打字,你只能一个字母一个字母的去打,并不能打1/3个字母、1/4个字母。量子并不是可以直接观察到的,而是人为规定的一种最基本的单位。
二、量子芯片温度传感器是干嘛的?
那么量子领域这么复杂,我们可以研究它并且利用他么?答案是可以!上个月在我国多所研究院的合作下,我们已经在量子计算温度传感器上迈出了关键一步。现在我国量子芯片温度传感器已经投入到科学研究中使用了。
量子芯片温度传感器还有一个接地气的名字“量子温度计”,它是作为观测量子芯片的窗口。普通的芯片的可以接受的工作温度大概是0摄氏度到70摄氏度,军用的芯片规格更高质量更好,可以从-50摄氏度工作到+125摄氏度。但是量子芯片的温度却需要接近绝对零度-273摄氏度。
如果量子芯片的温度环境发生巨大的改变,那么就可能对量子计算机造成严重伤害甚至是损毁。所以对于量子芯片的监测模块——温度传感器模块的设计一直是量子计算机的重中之重。
三、量子芯片温度传感器怎么使用?
不像普通的温度计直接接触要测量的物体一样,“量子芯片温度计”其实测量的是稀释制冷机的温度。前文提到量子芯片需要在绝对零度附近才能运行,稀释制冷机就是营造这个环境的“大冰柜”。
量子芯片通常会沉淀在稀释制冷机的最下面,稀释制冷机制造温度接近10k(热力学标志,k亦即开尔文)绝对零度-273摄氏度时,通过传递给量子芯片一个波形信号。量子芯片感受到传递而来的信号后,就会做出一些符合量子规律的反应和变化。
在上述过程中,“量子芯片温度计”需要每时每刻不断的监测稀释制冷机容器内温度,如果稀释制冷机运行状态不正常立马就会发出警报。如果没有达到所需最低极限温度就进行信号的传递,量子芯片就没法做出正确的反应还会被损坏。
四、量子计算机高大上在哪?
1、量子芯片和普通芯片的区别
量子计算机和普通计算机最大的区别就在量子芯片上。普通的芯片我们都了解到很多,也知道我国芯片研发不顺利、遭到了美国制裁、造不出来自己的光刻机。但是量子芯片存在这些问题么?还请听笔者慢慢道来。
普通的芯片是基于硅元素制造的,硅元素作为良好的半导体广泛应用于现代科学领域。量子芯片则是将通过光这个重要的载体,将光量子集成到选择好的基片上取代电的作用。
量子芯片的制造完全不需要光刻机,如果我国量子芯片可以投入到各个领域使用,那么我们就不必担心美国制裁我们普通芯片了。但是量子芯片的商业使用确实还有相当长一段路要走,要解决小型化、轻型化、集成化的问题。
2、量子计算机的特殊
关于量子计算机和常见计算机的区别,一个形象的比喻可以很轻松的帮助大家理解。普通计算机计算一个问题就像走迷宫,采用的解题方法是一个答案一个答案的去试验,只是它试验的速度特别的快。量子计算机则是往里面灌水,水灌满后会从正确的路径走出来,之后的答案就会从水流的方向得出。
量子计算机的运算方法的特殊,所以它在解决同类问题上远比我们使用的计算机速度更快。普通计算机只有0和1这两个可能,但是量子计算机可以在0和1两个单独可能外还拥有两者合在一起的0+1可能。
3、量子计算机所具有的优势
量子计算机运行的方式导致它的解题速度比普通计算机更快、消耗的能量更少、运用场景更加的广泛。在解密方面,普通计算机可能无法回答的答案量子计算机就可以作答。
但是并非说量子计算机取代普通计算机指日可待了,现如今的量子计算机其实是和普通计算机一起使用的。两者互补发挥出更好的效果,但不排除未来量子计算机取代普通计算机的可能。
五、我国量子计算技术在世界上处于什么地位?
在这次我国量子计算技术突破后,很多人会好奇我国在量子计算技术在世界上处于什么梯队,也会很担心美国再次来制裁打击我们。
其实这些都不用担心,不同于普通计算机领域我们芯片处处受限,量子计算可以说是大家都是从0开始。既然没有了他国利用技术壁垒来恶心我们、给我们制造路障,那我国的研发定然不会输给其他人。
根据中科院研究员范桁老师的采访,我们可以得知我国在量子计算领域和美国差距可以用丝毫来计算,美国技术上的些许领先也是他其他行业辐射到量子计算领域导致的。像德国、法国、日本在量子比特上的研究,已经落后我国两到三年的进度了。这次他们想要制裁打击我们简直是痴人说梦。
结语
在国际竞争日益激烈的今天,美国大搞制裁其实是在表明他对我们的忌惮。敌人的恐惧是对我们最好的认可,有时候美国的封锁反而会让我国有破釜沉舟的毅力去自主研发。你有他有不如我自己有!
我国在和美国的竞争中从来没有苦苦恳求别人放我们一马,在之前的航母、战斗机、大飞机、芯片、光刻机这些关键领域,没有一个国家希望多出一个强劲的对手。
在拥有第一艘航母前,我国经过多方辗转才得到了最初的母版。在没有自己的先进战斗机时美国想要入侵我国的领空就和吃饭喝水一样随便。在C919成功之前,我们想要和美国波音合建一条大飞机上生产线被坑了几十亿美金,还浪费了二十年宝贵的时光。
在芯片、光刻机领域更是如此,我们的半导体行业生态直接被美国制裁而改变,荷兰的光刻机厂商更是方言:就算把图纸给中国,他们三十年之内也造不出!更不用说之前没有自己的“两弹”,那时候美国可以肆无忌惮的对我们进行核讹诈。