硅基文明那冰冷而高效的设计哲学,如同给龙芯工业的量子芯片研发团队注入了一剂强效催化剂。原本在材料制备泥潭中挣扎的项目,迅速转向了一条更加务实且充满智慧的路径——基于非理想材料进行容错架构设计。
苏小远团队调整了策略,不再执着于一次性制备出完美无瑕的 [拓扑绝缘体\/超导异质结] 单晶。他们转而开始系统性地研究不同掺杂浓度、不同生长速率、甚至故意引入某些可控缺陷条件下,所制备出的各种“亚健康”样品其电学性质和潜在的量子行为。
与此同时,林枫带领的架构小组,则根据硅基文明传递来的分形阵列、容错编码和协同设计理念,疯狂地迭代着量子芯片的设计方案。他们不再追求理论上最高效、最完美的比特结构,而是专注于设计那些对材料缺陷容忍度高、易于现有技术进行表征和操控的“粗糙但实用”的量子比特单元。
实验室里,争吵声、键盘敲击声、设备运行声再次成为主旋律,但这一次,争吵的内容不再是绝望的抱怨,而是充满建设性的技术路线辩论。
“我认为这个‘十字形’辅助比特布局更能有效抑制来自衬底的电荷噪声!”
“不,分形‘h树’结构在布线复杂度和信号隔离上更有优势!硅基文明的经验显示……”
“别忘了协同设计!我们设计的这个比特,要优先考虑运行 Shor 算法还是 Grover 算法?这直接影响最优的耦合强度!”
王胖子作为后勤总管,敏锐地察觉到气氛的变化,立刻将宵夜标准从清粥小菜升级回了麻辣香锅和烤串,并附上豪言壮语:“兄弟们!尽管吵!尽管熬!胖爷我的后勤弹药管够!吃饱了才有力气跟量子力学打架!”
功夫不负有心人。在经历了数十轮设计迭代和上百次材料工艺调整后,他们终于筛选出了一种相对稳定的材料制备窗口,并锁定了一套名为 “龙鳞-1号” 的量子芯片架构。
这套架构包含了3个物理量子比特(基于性能相对最好的那批拓扑异质结样品)和5个辅助比特,采用了一种简化版的分形网格进行连接,并内置了初步的动态解耦脉冲序列,以对抗一定程度的环境噪声。
接下来,就是最关键的一步——流片(tape-out)。
对于传统芯片,流片意味着将设计好的版图交给晶圆厂进行制造。而对于龙芯工业这枚前所未有的量子芯片,所谓的“流片”,更像是一次高度定制化的、集材料制备、微纳加工、电极引线、封装测试于一体的极限操作。
整个过程在龙芯工业内部新建的、洁净度达到千级的“量子集成工艺实验室”内进行。所有参与人员穿着厚重的防尘服,在黄光下小心翼翼地操作。每一步都如同在针尖上跳舞,任何微小的振动、温度波动、甚至操作员呼吸带来的气流,都可能前功尽弃。
光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入……一系列在经典芯片制造中成熟的技术,被移植并改造用于这枚特殊的量子芯片。许多步骤甚至需要研发人员自己设计临时工装和开发特殊工艺。
王胖子被严禁进入核心区,只能扒在走廊的观察窗上,眼巴巴地看着里面如同慢动作回放般的精密操作,急得抓耳挠腮,嘴里不停念叨:“祖宗保佑,玉皇大帝保佑,量子天尊保佑……千万要成啊……”
漫长的三天后,一枚只有小拇指指甲盖大小、表面布满了错综复杂的纳米金属线和微小电极、核心区域在显微镜下呈现出奇异人工结构的芯片,被最终封装在一个特制的、带有微波和直流接口的金属管壳内。
“龙鳞-1号”,诞生了!
接下来,是更令人紧张的测试环节。
芯片被小心翼翼地安装进稀释制冷机的最底层,温度需要被降至接近绝对零度的10毫开尔文(0.01K)以下,才能使其中的超导组件正常工作,并最大限度地抑制热噪声对量子态的破坏。
等待降温的过程无比煎熬。实验室里鸦雀无声,只能听到制冷机压缩机低沉的嗡鸣和液氦流动的细微嘶嘶声。
王胖子不知道从哪儿弄来了一炷电子香,对着稀释制冷机的方向假装拜了拜,被林枫没好气地瞪了一眼,才讪讪地收起来。
温度终于达标!
测试正式开始。
首先是最基础的直流测试,检查所有电极和结区是否导通,是否存在短路或断路。幸运的是,初步的电气连接一切正常。
然后,进入核心的量子特性测试。
负责操作的博士深吸一口气,开始通过复杂的微波脉冲序列,尝试激发和操控那3个物理量子比特。
屏幕上,代表量子态概率幅的曲线开始随着微波频率和功率的变化而跳动、振荡。
“qubit 1 的 Ramsey 干涉条纹清晰!”
“qubit 2 的能谱谐振峰找到!”
“qubit 3 的 t2*(退相干时间)初步估算……大概在……5微秒左右!”
5微秒!这个数字一出,实验室里瞬间响起了一片压抑的欢呼声!
虽然相比于国际顶尖实验室在超导量子比特上实现的百微秒量级的相干时间,5微秒显得很短,但这对于龙芯工业第一次流片、而且是基于全新拓扑材料体系的量子芯片来说,已经是一个巨大的、里程碑式的成功!这证明他们的材料确实表现出了量子效应,并且其架构设计是有效的!
“成功了!我们成功了!”那位操作测试的博士激动地摘下防尘帽,眼眶湿润。
苏小远紧紧攥着拳头,身体因为激动而微微颤抖。
林枫长长地舒了一口气,感觉压在心口数月的一块大石终于被移开,一股难以言喻的成就感和自豪感涌遍全身。
“嗷呜!!!”王胖子在观察窗外看到里面人的反应,虽然听不懂那些专业术语,但也明白肯定是好消息,直接狼嚎一声,兴奋地原地蹦了起来,差点把天花板上的灯震下来,“牛逼!太牛逼了!咱们造出量子芯片了!哈哈哈!”
他立刻掏出手机,就要在公司大群里发红包庆祝,被眼疾手快的林枫通过内部通讯器制止:“胖子!保密条例!想进国安局喝茶吗?!”
王胖子这才反应过来,赶紧收起手机,但脸上的兴奋劲怎么也抑制不住,搓着手在走廊里来回踱步,已经开始幻想:“量子芯片啊!这玩意儿要是能算命该多好?先算算下期彩票号码……”
实验室里,初步的喜悦过后,更详尽的测试还在继续。他们尝试运行了几个最简单的量子逻辑门操作(如单比特的泡利-x门、两比特的受控非门),成功率虽然不高,但确实观察到了预期的量子态变化!
这枚粗糙的、只有3个物理比特、性能远非完美的“龙鳞-1号”量子芯片,如同在黑暗的量子世界中点燃的第一缕微弱的火种,虽然摇曳不定,却真实地宣告了它的存在!
消息被严格控制在极小范围内,但足以让所有参与“炎黄计划”的核心人员振奋不已。
龙战国将军在接到林枫的加密汇报后,只回复了四个字:“干得漂亮!”
李明博院士更是激动得连夜打来电话,声音哽咽:“林总……谢谢!谢谢你们!这是我们中国人在量子计算领域,真正独立的、从零到一的突破!意义非凡!”
首战告捷,但林枫很清楚,这仅仅是万里长征的第一步。“龙鳞-1号”的性能还非常初级,距离实用化相差甚远, scalability(扩展性)和 error correction(纠错)这两座大山还横亘在面前。
但无论如何,他们已经成功地撬开了量子时代大门的一条缝隙!
看着在超低温下依然顽强运行着的“龙鳞-1号”,林枫眼中闪烁着更加坚定的光芒。
“兄弟们,庆祝留到以后!我们的下一个目标——”他环视着激动不已的团队成员,声音铿锵有力,“‘龙鳞-2号’,比特数翻倍,相干时间提升一个数量级!”
“是!”所有人齐声应答,士气如虹。
王胖子在一旁掰着手指头算:“翻倍?那就是6个比特?嗯,离算彩票号码又近了一步……”
他的嘟囔淹没在众人的笑声中。
龙芯工业的量子传奇,就此正式开篇。而这枚小小的“龙鳞-1号”芯片,注定将如同它的名字一样,成为未来那条腾飞于量子之巅的东方神龙身上,第一片闪亮的鳞甲!