中國(guó)芯片挑戰(zhàn)量子時(shí)代　量子器件花落北京

    腦電波的每一個(gè)微小的變化都被一一記錄；電腦CPU價(jià)格更便宜能耗更低，性能卻在5倍10倍的增長(zhǎng)；效率極高的半導(dǎo)體快速光源一旦普遍使用，全世界能耗將降低10%……這些都是不遠(yuǎn)的將來(lái)量子芯片將顯示出的美好應(yīng)用前景。 

　　目前，在北京的一些重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，與量子芯片相關(guān)的研究正在進(jìn)行。與早已瓜分完畢的傳統(tǒng)芯片市場(chǎng)相比，還處于群雄逐鹿時(shí)代的量子芯片研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)中，蘊(yùn)含著后起國(guó)家搶占未來(lái)芯片市場(chǎng)的絕好機(jī)遇。

　　群“芯”閃耀難撼奔騰芯

　　在我國(guó)的一些實(shí)驗(yàn)室中，還進(jìn)行著為數(shù)眾多的中國(guó)芯項(xiàng)目?！褒埿尽薄ⅰ皾h芯”、“鳳芯”、“方舟”、“眾志”……組成了一支浩浩蕩蕩的中國(guó)“芯”軍。然而，中國(guó)國(guó)家納米科學(xué)中心首席科學(xué)家王肇中對(duì)這樣熱鬧的“中國(guó)芯”浪潮卻并不樂(lè)觀，相反卻有著深深的憂慮。

　　王肇中說(shuō)，我經(jīng)常能夠在報(bào)道中看到中國(guó)芯項(xiàng)目的介紹，報(bào)道中，某款中國(guó)設(shè)計(jì)芯片性能達(dá)到了英特爾公司奔三芯片水平這樣的表述屢見(jiàn)不鮮。但其實(shí)這種表述中就存在著當(dāng)前中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)極大的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。他解釋說(shuō)，因?yàn)檫@種比較沒(méi)有任何意義。在半導(dǎo)體工業(yè)中從來(lái)就是“winner wins all”(贏家通吃)，第二名就沒(méi)有市場(chǎng)。而沒(méi)有市場(chǎng)前景的芯片根本不能承擔(dān)起中國(guó)芯的重任。

　　王肇中表示，除了國(guó)防領(lǐng)域，中國(guó)在別國(guó)已經(jīng)取得絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的芯片領(lǐng)域再尋求突破是沒(méi)有意義的。作為法國(guó)國(guó)家科研院光子與納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室主任研究員，王肇中介紹了法國(guó)的失敗教訓(xùn)。他說(shuō)，法國(guó)為了建立本國(guó)獨(dú)立自主的電腦工業(yè)，投入巨大的資金和人力推動(dòng)成立了BULL計(jì)算機(jī)公司。但BULL從成立開(kāi)始就一直是一個(gè)賠錢公司，已經(jīng)多次走到破產(chǎn)邊緣。中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)不能再步其后塵。

芯片向“量子”突圍

　　科學(xué)發(fā)展到今天，任何一個(gè)國(guó)家都不可能獨(dú)立發(fā)展和擁有所有的科學(xué)技術(shù)。芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也是如此。目前美國(guó)牢牢把握著電腦通用芯片市場(chǎng)、日韓在存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)也占據(jù)了領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，歐洲著力發(fā)展汽車電子設(shè)備，也殺出了一片天地。他們的芯片發(fā)展方向都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，搶占市場(chǎng)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，以汽車電子設(shè)備市場(chǎng)為例，目前售價(jià)為1萬(wàn)歐元的汽車，就包含有一兩千歐元的電子設(shè)備，市場(chǎng)前景廣闊。

　　王肇中認(rèn)為，中國(guó)芯要突圍必須選擇那些目前還不存在激烈競(jìng)爭(zhēng)而市場(chǎng)前景看好的方向。他舉例說(shuō)，光通訊是未來(lái)信息高速公路的最佳選擇，構(gòu)建光通訊平臺(tái)需要大量的功能性元件。例如，集成光器件、光開(kāi)關(guān)、光電轉(zhuǎn)換器件等等都潛在著巨大的市場(chǎng)需求。此外，快速光源、超導(dǎo)量子干涉器件等等都還不存在市場(chǎng)霸主，也是中國(guó)芯可以突破的方向。

　　量子器件花落北京

　　1納米等于10億分之1米，約相當(dāng)3到5個(gè)原子緊密排列在一起的長(zhǎng)度。當(dāng)微電子器件加工精度進(jìn)入50納米以后，一些在宏觀尺度下可以忽略的效應(yīng)將產(chǎn)生。電路速度會(huì)由于電子傳輸距離的縮小而極大提高、而能耗也會(huì)相應(yīng)更低。利用產(chǎn)生這些微觀效應(yīng)原理生產(chǎn)的芯片就是量子芯片。

　　很多傳統(tǒng)的芯片加工理論在這些新變化的影響下都必須修改甚至重建。

    此時(shí)，量子芯片所顯露出來(lái)的廣闊應(yīng)用前景讓人振奮。進(jìn)入量子芯片時(shí)代的電腦芯片意味著更低的能耗、更高的性能以及更便宜的價(jià)格。王肇中介紹說(shuō)，目前應(yīng)用量子理論制造的一些尖端儀器已經(jīng)在一些特種部門使用。例如，量子干涉器件可用于地磁測(cè)量、尋找礦藏、探測(cè)腦電波等。可用于替代傳統(tǒng)照明的量子光源的開(kāi)發(fā)同樣前景廣闊，有統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，一旦人類普及使用了量子光源，全球能耗將降低10%。此外，未來(lái)信息高速公路的不二平臺(tái)光通信網(wǎng)絡(luò)的建立也有賴于眾多功能性元件的發(fā)明。這些都是微電子器件進(jìn)入量子時(shí)代所帶來(lái)的新機(jī)遇。

　　中科院物理所正在研究的固體太陽(yáng)能電池中所使用的光電轉(zhuǎn)換功能器件就是目前國(guó)際量子級(jí)微電子器件研究的熱點(diǎn)。目前這套太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換率已經(jīng)達(dá)到國(guó)際一流水平，穩(wěn)步向?qū)嵱秒A段邁進(jìn)。而就在2005年6月，北京市大規(guī)模生產(chǎn)高效高亮度發(fā)光二極管擴(kuò)建項(xiàng)目,在北京光機(jī)電一體化基地開(kāi)工建設(shè)。這種利用量子理論制造的半導(dǎo)體光源不僅能使電能轉(zhuǎn)化為光能的效率提高到80%,而且壽命長(zhǎng)達(dá)12萬(wàn)小時(shí)以上,是普通白熾燈的50倍以上。