量子计算机芯片制造为何如此艰难？
（图片来自网络）
在当今数字世界中，RSA-2048与ECC等经典公钥密码是支撑网络安全、金融交易和隐私保护的加密标准。然而，量子计算机的发展正面临潜在威胁。理论上，量子计算机能够以远快于经典计算机的速度破解这些经典加密，但目前制造实用的量子计算机，核心难题集中在量子芯片（即量子处理器）的构造上，而量子芯片制造面临三大关键难题。
要构造具备功能的量子芯片，需解决以下三大难题：
- 布线问题：每个量子比特都需要多根线缆（如控制线、读出线）与耦合器互联。在二维芯片上，当量子比特数量增加时，布线复杂度会呈现非线性增长；特别是实现高连接度时，中心区域的比特控制线需绕过外围比特，导致芯片面积急剧增加。
- 串扰问题：量子比特之间的互相干扰会导致量子态退相干，且随着比特数量增加呈非线性增强。常见串扰包括经典串扰（控制信号频率相近导致干扰）、量子串扰（本应关闭的比特耦合未完全关断）、全局串扰（如宇宙射线、声子传播等外部干扰）。解决方式包括增大隔离区、优化耦合器性能、改进测控系统（如频率分配）以降低并行执行双比特门时的干扰。
- 器件良品率问题：量子比特对缺陷极其敏感，哪怕1%的失败率也会让整个系统不可用。量子芯片面积随量子比特数量增长接近平方增长，而微纳加工中芯片面积越大，良品率越低，大面积芯片制造难度呈指数增加，给生产带来极大挑战。
面对这些问题，行业提出了“模块化设计 + 片间互联”的思路：先构造数千个物理量子比特的小芯片（Chiplet模块），再通过片间互联技术把这些小芯片连接起来。这样一来，单片的工程挑战从数百扩展到数千，难度大幅降低，也更具可行性。但该思路也带来了新问题——量子比特需要低温环境工作（约10毫开尔文），若将Chiplet分别放置在独立稀释制冷机中，跨制冷机互联会引入热负载和噪声，破坏量子比特状态；若集中放置在同一台稀释制冷机，则需制造超大功率的制冷机。
尽管如此，借助半导体工艺进步、先进封装技术（如3D堆叠）等，单个小芯片从数百到数千物理量子比特的突破难度虽大，但属于工程瓶颈，整体仍较乐观。目前已有单片拥有1000个物理量子比特的芯片，但量产时良品率与芯片内量子比特可靠性仍面临挑战。业界普遍预计，到203X年，或许能够见证可破解RSA-2048的百万量子比特计算机的诞生。
（声明：该内容经AI精编）
查看原网页
最新新闻
- 2025年10月24日：中山医院团队在肿瘤神经免疫领域获突破，首次揭示肿瘤利用感觉神经跨器官逃避免疫应答
- 2025年10月24日：全球首款类脑智算体在横琴发布，开启个人超算新时代
- 2025年10月24日：阿尔特塔谈足球定位球：十年前就预见到进攻价值
- 2025年10月24日：阿尔特塔谈足球理念与防守进攻：不止关注定位球
- 2025年10月24日：那不勒斯为2032欧洲杯翻新马拉多纳球场，拆除跑道新增设施
- 2025年10月24日：西甲教练禁赛争议：巴萨上诉被行政体育法院驳回 弗里克无缘国家德比
- 2025年10月24日：阿尔特塔谈阿森纳防守与足球理念：减少‘如果’提升竞争力
- 2025年10月24日：OpenAI 推出集成 ChatGPT 浏览器，布局 AI 操作系统新战场
- 2025年10月24日：大厂掀起免费会员竞争，人人VIP时代或将来临？
- 2025年10月24日：中国U17女足4-0狂胜出线！世界杯首胜掀翻厄瓜多尔 南部小将周欣怡三场造4球
- 2025年10月24日：昨日社会热门资讯汇总-早报速览（2025-10-24）
- 2025年10月24日：昨日文化热门资讯汇总-早报速览（2025-10-24）
- 2025年10月24日：昨日科技热门资讯汇总-早报速览（2025-10-24）
- 2025年10月24日：昨日体育热门资讯汇总-早报速览（2025-10-24）
- 2025年10月24日：昨日娱乐热门资讯汇总-早报速览（2025-10-24）
- 2025年10月24日：昨日财经热门资讯汇总-早报速览（2025-10-24）
- 2025年10月24日：昨日教育热门资讯汇总-早报速览（2025-10-24）
- 2025年10月24日：昨日汽车热门资讯汇总-早报速览（2025-10-24）
- 2025年10月24日：昨日健康热门资讯汇总-早报速览（2025-10-24）
- 2025年10月24日：昨日历史热门资讯汇总-早报速览（2025-10-24）
精彩评论（10）