大國院士 第四百九十二章為量子芯片提供理論基礎(chǔ)

徐川進(jìn)入自己的辦公室鉆研東西，樊鵬越一開始也沒在意，以為很快就能出來。

結(jié)果等到第二天，他在開會的時候，才突然想起來這事。

摸出手機(jī)打了電話，才發(fā)現(xiàn)這位小師弟已經(jīng)跑回自己的別墅去了。

書房中，徐川掛斷了電話，看著桌上的稿紙，上面已經(jīng)寫滿了密密麻麻的字符，繼續(xù)著手中的研究。

靈感已經(jīng)抓到，他想著一鼓作氣，直接完善這套理論。

“.考慮摻雜劑在空間群(SG)的晶格中的規(guī)則放置，這將對稱性降低到CUC143，而雙帶和四帶模型的特點是＄\Gamma＄和A處的對稱強(qiáng)化雙Weyl點.”

“由于混合軌道特征的非平凡多帶量子幾何，以及一個奇異的平帶。引入Cu原子形成磁力阱后的高溫銅碳銀復(fù)合材料在密度泛函理論(DFT)計算的極好一致性提供了在摻雜材料中可以實現(xiàn)費(fèi)米能級的最小拓?fù)淠軒У淖C據(jù)。”

“理論上來說，這已經(jīng)足夠為構(gòu)建拓?fù)淞孔硬牧咸峁┗A(chǔ)了。”

看著稿紙上的字眼，徐川眼中露出了一絲滿足。

三天的廢寢忘食加熬夜，他抓住了那一絲偶得的靈感，將其全面鋪開延伸，在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子大統(tǒng)一框架理論的基礎(chǔ)上，將拓?fù)湮飸B(tài)納入了進(jìn)來。

而探索強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中拓?fù)湮飸B(tài)的產(chǎn)生機(jī)制和特性，正是為實現(xiàn)新型量子器件提供理論的基礎(chǔ)。

盡管理論和應(yīng)用還隔著很大的距離，但有了理論基礎(chǔ)的指引，應(yīng)用前進(jìn)的方向已然清晰。

就像是航行于大海上遭遇了暴風(fēng)雨的船只，在海浪與颶風(fēng)間，看到了海岸邊緣那一座明亮的燈塔一般，有了明了的前進(jìn)方向。

滿足的伸了個懶腰，徐川站起身活動了一下筋骨。

噼里啪啦的骨節(jié)聲響起，他掰了掰十指，重新坐下來將桌上的稿紙整理了一下。

對拓?fù)湮飸B(tài)的產(chǎn)生機(jī)制和特性進(jìn)行研究，其實可以算得上是強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子大統(tǒng)一框架理論的延續(xù)。

不過這一份研究論文，他大抵是不會發(fā)出去的。

因為重要性相當(dāng)高。

為量子芯片的構(gòu)造材料提供理論基礎(chǔ)的論文，這種東西無論是發(fā)在哪個國家，都是國家重點保密研究的對象。

將稿紙整理好，放進(jìn)抽屜中，徐川靠在椅背上盯著不遠(yuǎn)處的書架思索了起來。

有了他這份拓?fù)湮飸B(tài)的產(chǎn)生機(jī)制和特性的研究論文，量子計算機(jī)的發(fā)展應(yīng)該是可以加快一些腳步的。

量子芯片和量子技術(shù)的發(fā)展，是未來的趨勢，也是華國在芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車的捷徑。

至于傳統(tǒng)的硅基芯片，老實說在這方面已經(jīng)沒有什么機(jī)會了。

不僅僅是因為以米國為首的西方國家在硅基芯片上耕耘了幾十年的時間，建立起來了一套完善的規(guī)則和先進(jìn)的光刻技術(shù)，導(dǎo)致其他國家只能追趕沒法超越外；更有硅基芯片差不多已經(jīng)快走到盡頭的原因。

傳統(tǒng)的芯片一直以來材料都是以硅材料為主，但是隨著芯片工藝的不斷提升，硅基芯片正在不斷的逐漸逼近它極限。

目前AMSL，臺積電等公司已經(jīng)做到了能生產(chǎn)三納米，甚至是兩納米的芯片了。

但對于硅基芯片來說，再往下，一納米就是它理論上的極限了。

第一個原因是硅原子的大小只有0.12納米，按照硅原子的這個大小來推算，一旦芯片工藝達(dá)到一納米，基本上就放不下更多的晶體管了。

所以傳統(tǒng)的硅脂芯片基本上已經(jīng)達(dá)到極限了，如果到了1nm之后還強(qiáng)制加入更多的晶體管，到時芯片的性能就會出現(xiàn)各種問題。

第二原因則是量子隧穿效應(yīng)，這是限制目前硅基芯片發(fā)展的最大因素了。

所謂隧穿效應(yīng)，簡單來說就是微觀粒子，比如電子可以直接穿越障礙物的一種現(xiàn)象。

具體到芯片上面，就是當(dāng)芯片的工藝足夠小的時候，原本在電路中正常流動構(gòu)成電流的電子就不會老老實實按照路線流動，而是會穿過半導(dǎo)體閘門，到處亂串，最終形成漏電等各種問題。

簡單的來說，就像是一個人學(xué)會了穿墻術(shù)，直接從墻這一面穿到了另一面。

事實上，這種現(xiàn)象并不是指硅基芯片達(dá)到一納米的時候才出現(xiàn)的效應(yīng)。

在之前芯片達(dá)到20納米的時候，硅基芯片就曾經(jīng)出現(xiàn)過這種漏電現(xiàn)象。

只不過后來包括臺積電等一些芯片制造廠家通過工藝上的改進(jìn)之后才改善了這種問題。

后面到了7納米到5納米之間的時候，這種現(xiàn)象再次出現(xiàn)，而ASML則通過發(fā)明了EUV光刻機(jī)，這大幅提升了光刻能力，才解決了這一問題。

但未來隨著芯片工藝越來越小，當(dāng)傳統(tǒng)的硅基芯片達(dá)到2納米的時候量子隧穿效應(yīng)導(dǎo)致的各種問題會逐漸暴露出來。

到了一納米的跡象，即便一些芯片廠家能夠突破這個大關(guān)，但整體的芯片性能理論上來說就不會優(yōu)良，甚至?xí)粫€(wěn)定，有可能出現(xiàn)各種問題。

或許在這一過程中，科學(xué)家會想各種辦法來解決這個問題。

但硅基材料本身的限制就在那里，它的發(fā)展?jié)摿κ怯邢薜摹?p/> 而尋找一種代替性的材料，亦或者發(fā)展其他發(fā)現(xiàn)的計算機(jī)，是芯片和計算機(jī)行業(yè)一直在做的事情。

量子芯片與量子計算機(jī)毫無疑問的是未來發(fā)展線路中占比最重要的一條。

在這方面，哪怕是有著最大可能性代替硅基芯片的碳基芯片，其重要性也略輸一籌。

畢竟如今的量子計算機(jī)，已經(jīng)構(gòu)建了相當(dāng)完善的理論基礎(chǔ)，甚至實現(xiàn)了操控兩位數(shù)量子比特的實體計算機(jī)，發(fā)展前途一片光明。

至于麻煩點，在于如何操控量子比特以及存儲信息。

而他手中的這份拓?fù)湮飸B(tài)的產(chǎn)生機(jī)制和特性的研究機(jī)理論文，可以在很大程度上解決這個問題。

這意味著量子計算機(jī)的比特操控數(shù)量能跨入三位數(shù)甚至是四位數(shù)。

別看傳統(tǒng)硅基芯片計算機(jī)的芯片中動輒上百億的晶體管，而量子比特的數(shù)量聽起來少的可憐。

但實際上這兩者根本就沒法比較。

如果硬要PK的話，那么一臺30個量子比特的量子計算機(jī)的計算能力，差不多和一臺每秒萬億次浮點運(yùn)算的經(jīng)典計算機(jī)水平相當(dāng)。

而量子計算機(jī)的計算能力，是隨著量子比特的操控數(shù)指數(shù)上升的。

據(jù)科學(xué)家估計，一臺一百比特的量子計算機(jī)，在處理一些特定問題時，計算速度將超越現(xiàn)有最強(qiáng)的超級計算機(jī)。

如果能將量子計算機(jī)的計算比特提升到五百，那么這臺計算機(jī)將全方位吊打目前所有的超算。

當(dāng)然，這些都是從理論上出發(fā)，至于具體實際情況，暫時還不知道。

不過理論上表現(xiàn)出的如此誘人前景，自然吸引了無數(shù)國家和科學(xué)機(jī)構(gòu)將注意力投入到這個上面來。

徐川也不例外，尤其是他現(xiàn)在手上還掌控著這樣一個大殺器。

只不過他在考慮的是，是和國家合作，一起發(fā)展量子計算機(jī)領(lǐng)域，構(gòu)建規(guī)則，掌控量子霸權(quán)，還是自己先繼續(xù)研究一下。

各有各的優(yōu)勢，也各有各的缺點，的確很難讓人抉擇。

思索了一下，徐川搖了搖頭，將腦海中的想法拋了出去。

先走一步看一步吧。量子計算機(jī)的發(fā)展，他目前也抽不出什么時間來做這事。

小型化可控核聚變技術(shù)和空天發(fā)動機(jī)都還沒搞定，目前最主要的精力還是先放到這個上面再說。

收拾了一下書桌上的雜亂，徐川站起身，洗了個澡后趕往了川海材料研究所。

高臨界磁場的超導(dǎo)材料在模擬實驗中已經(jīng)得到了數(shù)據(jù)支持，接下來自然是將其通過真正的實驗制備出來了。

本來這項工作在三天前就應(yīng)該開始了，結(jié)果他因為一些意外的靈感在別墅中研究了三天的時間，而樊鵬越那邊沒收到指令，也不敢擅自開始，就這樣拖了三天。

不過徐川也沒太在意，這三天的時間，是完全值得的。

進(jìn)入實驗室，換上工作服，他找了兩個正式研究員當(dāng)助理，親自開始制備引入了抗強(qiáng)磁性機(jī)理的高溫銅碳銀復(fù)合超導(dǎo)材料。

制備這種改進(jìn)型的超導(dǎo)材料，在前期的時候步驟并沒有多大區(qū)別。

通過真空冶金設(shè)備制造出純度高、結(jié)晶組織好、粒度大小可控的原料，這是制備銅碳銀復(fù)合材料的基礎(chǔ)。

隨后利用RF磁控濺射設(shè)備，將制備好的納米材料濺射在SrTiO3基片上，形成一層薄膜。

而從這里開始，就是轉(zhuǎn)折點了。

在原本的高溫銅碳銀符合超導(dǎo)材料中，需要添加2體積分?jǐn)?shù)的多壁碳納米管(CNTs)和表面鍍Cu改性后的碳納米管作為增強(qiáng)相。

但在強(qiáng)化超導(dǎo)體中，需要通過引入過量的Cu納米粒的同時，在高溫高壓條件下通過電流刺激引導(dǎo)Cu原子形成自旋，與C原子形成軌道雜化，來改善材料表面的結(jié)構(gòu)。

這一步的主要目的就是讓過量Cu納米粒中的Cu原子摻雜進(jìn)入空穴中，進(jìn)而產(chǎn)生非平凡的量子現(xiàn)象，促使磁力阱的產(chǎn)生。

簡單的來說，就是磁力阱的產(chǎn)生需要外界補(bǔ)充能量，而高溫高壓以及導(dǎo)電等方式，就是補(bǔ)充手段和調(diào)整Cu原子自旋角度的手段。

這是納米級材料與超導(dǎo)體材料的性能和微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化的常用手段之一。

除了高溫高壓外，還有滲透生長、溶液法、氣相沉積法、物理沉積法等辦法。

但因為需要額外補(bǔ)充能量的關(guān)系，這些手段大概都不太適合強(qiáng)化臨界磁場的超導(dǎo)體。

如果高溫高壓引導(dǎo)法不適合改進(jìn)型的超導(dǎo)材料，剩下的唯一途徑，恐怕就是通過離子注入機(jī)來完成了。

但離子注入機(jī)的能級太高，會在較大程度上損壞超導(dǎo)體，降低性能不說，工業(yè)化量產(chǎn)也是個相當(dāng)麻煩的事情。

畢竟這是原材料的制備，不是半導(dǎo)體的生產(chǎn)，總得考慮性價比和制備難度。