原标题:我国首款“量子芯片冰箱”问世
量子芯片对保存环境要求极高,如何将娇贵的量子芯片长期“保鲜”存放?
记者15日从安徽省量子计算工程研究中心获悉,我国首个可保存量子芯片的高真空存储箱研制成功,并已投入国内首条量子芯片生产线使用,其被科学家形象地称为“量子芯片冰箱”。
“量子芯片中的超导材料对环境敏感度较高,容易和空气中的氧气、水分子产生化学反应,就像食物暴露在空气中‘氧化腐烂’,量子芯片如果不妥善保存,也会因为‘不新鲜’而无法使用。本源量子团队采用高真空存储技术,自主研发了这台量子芯片高真空存储箱,它可以为量子芯片提供高真空的保存环境,就像是‘量子芯片冰箱’。研发人员用它调节存储空间的室内压强,从而给量子芯片‘保鲜’,避免其失去效用。”安徽省量子计算工程研究中心副主任贾志龙向记者介绍道。
量子芯片是量子计算机的核心部件。与传统经典集成电路芯片不同,量子芯片需要经过复杂的系统生产过程,像环境温度、洁净程度、噪声、振动、电磁波以及微小杂质颗粒等,都会对其产生影响。
贾志龙表示,如果流片过程中或者流片完成的量子芯片样品储存环境不达标,超导量子芯片就会吸附各类杂质,其关键部件约瑟夫森结、超导电容等会因此老化,导致量子比特频率一致性变差、量子芯片相干时间降低,最终量子芯片的性能发生恶化。
采用自主研发的量子芯片高真空存储箱来放置量子芯片可避免这一问题发生。
本源量子团队技术起源于中科院量子信息重点实验室,该团队一直致力于超导与硅基半导体两条产线工艺的量子计算芯片的研发,先后研发出中国首台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、中国首条量子芯片生产线等。
该量子芯片高真空存储箱由合肥本源量子计算科技有限责任公司研发,共有三个保存腔体,单个腔体可独立操作;同时配备了智能监控系统,可实时监控真空度,为芯片保存过程提供稳定的高真空环境;研发人员还研发了人机交互功能界面,可实现设备全自动化操作。
2022年12月31日,安徽大学完全自主研发的量子计算用极低温稀释制冷机,经过反复严格测试,连续循环运行最低温度达到9.2mK(注:K指开尔文,0K为-273.15℃绝对零度),同时获得435μW@100mK,671μW@120mK的制冷量,已经达到国际主流产品的水平,满足了量子计算的温度和冷量需求。
安徽大学表示,该设备的研发成功,标志着我国完全掌握量子计算用极低温稀释制冷机关键核心技术,解除了我国在相关领域长期受制于人的“卡脖子”局面。
据介绍,极低温稀释制冷机是一种能够提供接近绝对零度的低温环境的高端科研仪器,是现代量子科学研究与量子技术发展的关键核心设备之一,广泛应用于量子功能材料与器件以及新奇量子现象的探索,为量子计算机提供必须的极低温环境。目前,我国量子计算用极低温稀释制冷机完全依赖于从英、美、芬兰、荷兰等国家进口。
随着量子计算等高科技领域竞争的日趋激烈,该设备已逐渐成为遏制中国科技发展的禁运产品。
因此,我国迫切需要具有自主知识产权、完全国产化的极低温稀释制冷机。
安徽大学物质科学与信息技术研究院单磊教授团队王绍良研究员利用安徽大学材料科学与工程的“双一流”学科优势,经过数轮攻坚,解决了大摩尔流量条件下极低温流体热交换效率低的技术难题,研发出具有超大比表面积的极低温高效换热部件,同时实现了相关核心部件的完全自主研发。
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