芯片被“卡脖子”,华为欲换道超车,揭秘光量子芯片的背后逻辑

芯圈那些事 2022-09-15
2042 字丨阅读本文需 6 分钟

华为Mate 50和iPhone 14正面交锋,不仅重新吹响了智能手机高端市场的新号角,也撕下了友商们的遮羞布。想要在高端市场有所建树,靠堆料和性价比是行不通的,如何打造产品的专属竞争力,塑造高端形象,友商们还得好好学学啊。

销量输给苹果,华为还是老问题

虽然说华为再一次证明了自己在高端市场仍有一定的地位,但是和老而弥坚的苹果相比,还是差了那么一些。根据预售情况来看,虽然华为Mate 50被抢光,但还是没有iPhone 14火爆。而按照相关机构的预测,到今年年底,iPhone 14系列的全球销量或能达到8350万台。

也因为销量可观,苹果正在积极生产,增加备货量。根据媒体报道iPhone 14 Pro系列机型极受欢迎,苹果已经向三星加量订购2000万块面板,总预订上升到约1.5亿块。同样做手机的三星, 看到苹果从自己这里买了这么多面板,也不知是何感觉。

总得来说,面对苹果,华为还是棋差一招,实在让人遗憾。但这也怪不到华为头上去,毕竟还处于被断供状态,没有5G芯和麒麟芯的华为要和苹果硬刚,无异于是残血打满血,实在有些勉强。

这也引起了网友们的一个猜测,如果华为Mate 50有最新的麒麟芯片,还会打不过苹果吗?这个问题的答案我们无从可知,但相必,如果真有,两者的差距也不会很大。

换道超车,华为早已布局

芯片是信息化社会,互联网展业的心脏,没有芯片的话,人类社会科技发展至少倒退50年,我们都知道,中国是芯片消费和进口大国,本年光是芯片的进口,就要花费上千亿,根据公开数据显示,2021年中国芯片进口总额达到4326亿美元,创下历史新高,而且未来进口额可能还将持续进一步上涨,其中有两个主要因素,一个是全球芯片供应链出现问题。

虽然现在没有芯片,但不用太着急,华为早已经布局,将以最快速度打破封锁,用上麒麟芯。首先,华为布局堆叠工艺。这一技术的特色在于,可以将多个芯片进行堆叠,使最后的性能达到原先制程无法达到的高度。

简言之,用两颗14nm芯片进行堆叠,便可以使芯片的性能达到7nm工艺水平。众所周知,中芯国际早已实现了14nm的量产,这代表着华为可以使用堆叠技术生产出具有7nm工艺性能的芯片,如此便解决了没有EUV光刻机,无法代工的问题。

其次,华为还早早布局了光量子芯片。和传统的硅基芯片不同,光量子芯片在传输效率和功耗都有更大的潜力,而且其不依赖EUV光刻机,无疑是当下最适合我们的发展路线。

前段时间,中科大传来好消息,由郭光灿教授所带领的团队,首次实现在拓扑保护光子晶体芯片中实现量子干涉。这一突破使得我国光量子芯片又往前迈进了一大步。而在更早的时候,合肥本源量子企业更是推出了国内首款量子芯片设计软件。这一软件的性质类似于EDA软件,是设计光量子芯片的平台。

我们在这一领域实现突破,说明在生态这一块,我们也快速地构建了起来。可以预见,在压力之下, 华为已经多面布局,多面开花,未来绕过EUV光刻机使用高端芯片并不是没有可能。

光量子芯片的背后逻辑

自2009年飞秒激光直写技术首次用于制备集成光量子芯片以来,应用领域包括光量子逻辑门、量子算法、量子行走、量子模拟、量子秘钥分发、玻色采样、纠缠光子源等。

光量子逻辑门

量子逻辑门是通用量子计算中量子线路模型的基本单元。在通用量子计算中,理论上任意的多比特量子逻辑门都可以由一系列单比特门和两比特门组合构成。目前基于飞秒激光直写技术,几种重要的单比特门都已经被制备出来,包括偏振编码和路径编码。偏振编码的单比特门,如H门、Pauli-X门等,都可以通过改变波导的光轴来实现。

玻色采样

玻色采样机是一种新型非普适的量子计算模型,能将多个无相互作用的全同玻色子输入线性多模干涉仪,求解玻色子的输出概率分布。利用飞秒激光直写的玻色采样光量子芯片也可以很好地求解多光子玻色采样、高斯玻色采样这类问题,而且凭借三维架构可以在很小的空间大大提高其扩展规模。

量子行走

经典随机行走对应的量子版本就是量子行走。在经典随机行走中,粒子以确定的概率在位置空间运动,经过很长时间的演化,粒子的位置概率仍然集中在原点附近,位移的方差随步数呈线性增长。在量子行走中,需要考虑态的相干叠加性,以及不同路径的粒子会发生干涉,比如原点附近会发生相消干涉,粒子的位置概率在较大空间范围内均有分布,位移的方差随步数呈二次型增长。

量子行走可以分为连续时间量子行走和离散时间量子行走,二者的主要区别在于时间对演化算符的影响。连续时间量子行走中,演化算符不随时间改变或者是连续变化的,只由行走者和系统演化算符决定,该演化算符即为系统的哈密顿量。离散时间量子行走中,系统的演化算符只作用于离散的时间步,由行走者和硬币算符构成。基于量子行走的算法非常容易用光波导阵列体系实现,飞秒激光直写的光量子芯片就为研究量子行走提供了极好的研究平台,不仅可以研究连续时间、离散时间的量子行走,还可以研究一维、二维的量子行走演化规律

量子模拟

量子模拟指的是构建一个人工可控的量子系统,使其满足的物理条件和待求解的物理系统具有相似性,通过观察这个人工量子系统的模拟演化结果就可以推知待求物理系统的解,甚至做出预测。飞秒激光直写的光波导芯片体系就可以完成许多量子模拟的工作,比如光子拓扑绝缘体、光子拓扑边界态、光子石墨烯、光子AB效应笼、光子规范场等,但大部分芯片都只能算是光子芯片,当然也有一些属于光量子芯片,比如利用光量子芯片构建自旋链、人造黑洞等来模拟费米子行为的研究工作。光子本身是玻色子,但在一定条件下也可以模拟费米子的行为,比如反对称双光子态就可以模拟费米子。

文章来源: 互联狗,上海津镭,诸葛小彻

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