'量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高'

技術 設計 量子計算理論 電腦 騰聞創想 2019-08-09
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關於量子處理器製造的問題

現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

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關於量子處理器製造的問題

現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

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關於量子處理器製造的問題

現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

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關於量子處理器製造的問題

現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

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量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

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關於量子處理器製造的問題

現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

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量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

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量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

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量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

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量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

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現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

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量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

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量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖5使用金屬佈線層工藝製造的D-Wave QPU的顯微鏡橫截面

已經成熟的量子處理器製造技術

目前已經成熟開發的量子處理器製造工藝能夠生產LSI(Large-Scale Integration 大規模集成化)超導電路。D-Wave 2000Q系統中2000個量子比特位使用的技術是128,000+約瑟夫森結,而該項技術就是前面所說的量子處理器的大規模集成超導電路。這是目前唯一能夠生產如此複雜超導處理器的超導製造技術。

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那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖5使用金屬佈線層工藝製造的D-Wave QPU的顯微鏡橫截面

已經成熟的量子處理器製造技術

目前已經成熟開發的量子處理器製造工藝能夠生產LSI(Large-Scale Integration 大規模集成化)超導電路。D-Wave 2000Q系統中2000個量子比特位使用的技術是128,000+約瑟夫森結,而該項技術就是前面所說的量子處理器的大規模集成超導電路。這是目前唯一能夠生產如此複雜超導處理器的超導製造技術。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

製造技術雖已成熟,但是有待提高

要想提高量子處理器的性能,必須提高該製造技術的產能。因為產量越大,量子比特位就越多,量子處理器的性能就越強大,不過這需要長期且大資金的投入。

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量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖5使用金屬佈線層工藝製造的D-Wave QPU的顯微鏡橫截面

已經成熟的量子處理器製造技術

目前已經成熟開發的量子處理器製造工藝能夠生產LSI(Large-Scale Integration 大規模集成化)超導電路。D-Wave 2000Q系統中2000個量子比特位使用的技術是128,000+約瑟夫森結,而該項技術就是前面所說的量子處理器的大規模集成超導電路。這是目前唯一能夠生產如此複雜超導處理器的超導製造技術。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

製造技術雖已成熟,但是有待提高

要想提高量子處理器的性能,必須提高該製造技術的產能。因為產量越大,量子比特位就越多,量子處理器的性能就越強大,不過這需要長期且大資金的投入。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了讓量子比特位能夠像經典處理器晶體管那樣翻倍遞增(摩爾定律),必須在未來的五年時間內,提高超大規模集成電路中的超導電路集成度(每個量子處理器約瑟夫森結的數量超過一百萬)。

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現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖5使用金屬佈線層工藝製造的D-Wave QPU的顯微鏡橫截面

已經成熟的量子處理器製造技術

目前已經成熟開發的量子處理器製造工藝能夠生產LSI(Large-Scale Integration 大規模集成化)超導電路。D-Wave 2000Q系統中2000個量子比特位使用的技術是128,000+約瑟夫森結,而該項技術就是前面所說的量子處理器的大規模集成超導電路。這是目前唯一能夠生產如此複雜超導處理器的超導製造技術。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

製造技術雖已成熟,但是有待提高

要想提高量子處理器的性能,必須提高該製造技術的產能。因為產量越大,量子比特位就越多,量子處理器的性能就越強大,不過這需要長期且大資金的投入。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了讓量子比特位能夠像經典處理器晶體管那樣翻倍遞增(摩爾定律),必須在未來的五年時間內,提高超大規模集成電路中的超導電路集成度(每個量子處理器約瑟夫森結的數量超過一百萬)。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的封裝

和傳統計算機晶片一樣,從晶圓廠完成生產和切割之後,自然需要封裝才可以使用。不過量子處理器封裝有點不一樣,量子處理器所謂的封裝,就是量QPU量子處理器單元連好線路,方便放入量子計算系統運行。

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量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖5使用金屬佈線層工藝製造的D-Wave QPU的顯微鏡橫截面

已經成熟的量子處理器製造技術

目前已經成熟開發的量子處理器製造工藝能夠生產LSI(Large-Scale Integration 大規模集成化)超導電路。D-Wave 2000Q系統中2000個量子比特位使用的技術是128,000+約瑟夫森結,而該項技術就是前面所說的量子處理器的大規模集成超導電路。這是目前唯一能夠生產如此複雜超導處理器的超導製造技術。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

製造技術雖已成熟,但是有待提高

要想提高量子處理器的性能,必須提高該製造技術的產能。因為產量越大,量子比特位就越多,量子處理器的性能就越強大,不過這需要長期且大資金的投入。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了讓量子比特位能夠像經典處理器晶體管那樣翻倍遞增(摩爾定律),必須在未來的五年時間內,提高超大規模集成電路中的超導電路集成度(每個量子處理器約瑟夫森結的數量超過一百萬)。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的封裝

和傳統計算機晶片一樣,從晶圓廠完成生產和切割之後,自然需要封裝才可以使用。不過量子處理器封裝有點不一樣,量子處理器所謂的封裝,就是量QPU量子處理器單元連好線路,方便放入量子計算系統運行。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了構建量子計算機,從晶圓片中選取其中一個QPU,並將其置於QPU封裝系統的中心,如圖6所示。QPU是已經與量子計算機內部其他元器件相互連接好信號線,圖6是一張QPU的沒有封裝好的照片,可以清楚地看到印刷電路板周圍的信號線。

"

關於量子處理器製造的問題

現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖5使用金屬佈線層工藝製造的D-Wave QPU的顯微鏡橫截面

已經成熟的量子處理器製造技術

目前已經成熟開發的量子處理器製造工藝能夠生產LSI(Large-Scale Integration 大規模集成化)超導電路。D-Wave 2000Q系統中2000個量子比特位使用的技術是128,000+約瑟夫森結,而該項技術就是前面所說的量子處理器的大規模集成超導電路。這是目前唯一能夠生產如此複雜超導處理器的超導製造技術。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

製造技術雖已成熟,但是有待提高

要想提高量子處理器的性能,必須提高該製造技術的產能。因為產量越大,量子比特位就越多,量子處理器的性能就越強大,不過這需要長期且大資金的投入。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了讓量子比特位能夠像經典處理器晶體管那樣翻倍遞增(摩爾定律),必須在未來的五年時間內,提高超大規模集成電路中的超導電路集成度(每個量子處理器約瑟夫森結的數量超過一百萬)。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的封裝

和傳統計算機晶片一樣,從晶圓廠完成生產和切割之後,自然需要封裝才可以使用。不過量子處理器封裝有點不一樣,量子處理器所謂的封裝,就是量QPU量子處理器單元連好線路,方便放入量子計算系統運行。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了構建量子計算機,從晶圓片中選取其中一個QPU,並將其置於QPU封裝系統的中心,如圖6所示。QPU是已經與量子計算機內部其他元器件相互連接好信號線,圖6是一張QPU的沒有封裝好的照片,可以清楚地看到印刷電路板周圍的信號線。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

與QPU上的可編程元件相比,輸入線路的數量要少得多。QPU可以通過附加電路實現 - 以多路分解器、信號路由和尋址的形式 - 所有這些都在芯片上的超導邏輯電路中實現。

"

關於量子處理器製造的問題

現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖5使用金屬佈線層工藝製造的D-Wave QPU的顯微鏡橫截面

已經成熟的量子處理器製造技術

目前已經成熟開發的量子處理器製造工藝能夠生產LSI(Large-Scale Integration 大規模集成化)超導電路。D-Wave 2000Q系統中2000個量子比特位使用的技術是128,000+約瑟夫森結,而該項技術就是前面所說的量子處理器的大規模集成超導電路。這是目前唯一能夠生產如此複雜超導處理器的超導製造技術。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

製造技術雖已成熟,但是有待提高

要想提高量子處理器的性能,必須提高該製造技術的產能。因為產量越大,量子比特位就越多,量子處理器的性能就越強大,不過這需要長期且大資金的投入。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了讓量子比特位能夠像經典處理器晶體管那樣翻倍遞增(摩爾定律),必須在未來的五年時間內,提高超大規模集成電路中的超導電路集成度(每個量子處理器約瑟夫森結的數量超過一百萬)。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的封裝

和傳統計算機晶片一樣,從晶圓廠完成生產和切割之後,自然需要封裝才可以使用。不過量子處理器封裝有點不一樣,量子處理器所謂的封裝,就是量QPU量子處理器單元連好線路,方便放入量子計算系統運行。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了構建量子計算機,從晶圓片中選取其中一個QPU,並將其置於QPU封裝系統的中心,如圖6所示。QPU是已經與量子計算機內部其他元器件相互連接好信號線,圖6是一張QPU的沒有封裝好的照片,可以清楚地看到印刷電路板周圍的信號線。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

與QPU上的可編程元件相比,輸入線路的數量要少得多。QPU可以通過附加電路實現 - 以多路分解器、信號路由和尋址的形式 - 所有這些都在芯片上的超導邏輯電路中實現。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖6QPU粘接到電路板後的照片,連接信號線。

小結

量子處理器雖然是個顛覆性的設計,但是在生產技術依然是是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來。這樣很好,能夠充分利用以前集成電路大規模量產的技術和經驗,使得量子處理器的生產技術很快成熟。

"

關於量子處理器製造的問題

現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖5使用金屬佈線層工藝製造的D-Wave QPU的顯微鏡橫截面

已經成熟的量子處理器製造技術

目前已經成熟開發的量子處理器製造工藝能夠生產LSI(Large-Scale Integration 大規模集成化)超導電路。D-Wave 2000Q系統中2000個量子比特位使用的技術是128,000+約瑟夫森結,而該項技術就是前面所說的量子處理器的大規模集成超導電路。這是目前唯一能夠生產如此複雜超導處理器的超導製造技術。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

製造技術雖已成熟,但是有待提高

要想提高量子處理器的性能,必須提高該製造技術的產能。因為產量越大,量子比特位就越多,量子處理器的性能就越強大,不過這需要長期且大資金的投入。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了讓量子比特位能夠像經典處理器晶體管那樣翻倍遞增(摩爾定律),必須在未來的五年時間內,提高超大規模集成電路中的超導電路集成度(每個量子處理器約瑟夫森結的數量超過一百萬)。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的封裝

和傳統計算機晶片一樣,從晶圓廠完成生產和切割之後,自然需要封裝才可以使用。不過量子處理器封裝有點不一樣,量子處理器所謂的封裝,就是量QPU量子處理器單元連好線路,方便放入量子計算系統運行。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了構建量子計算機,從晶圓片中選取其中一個QPU,並將其置於QPU封裝系統的中心,如圖6所示。QPU是已經與量子計算機內部其他元器件相互連接好信號線,圖6是一張QPU的沒有封裝好的照片,可以清楚地看到印刷電路板周圍的信號線。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

與QPU上的可編程元件相比,輸入線路的數量要少得多。QPU可以通過附加電路實現 - 以多路分解器、信號路由和尋址的形式 - 所有這些都在芯片上的超導邏輯電路中實現。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖6QPU粘接到電路板後的照片,連接信號線。

小結

量子處理器雖然是個顛覆性的設計,但是在生產技術依然是是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來。這樣很好,能夠充分利用以前集成電路大規模量產的技術和經驗,使得量子處理器的生產技術很快成熟。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

不過,量子處理器的高度集成電路不是半導體材料,而是超導材料。這就使得量子處理器短時間實現量產並非易事。實際上,目前超導量子處理器的常量只能滿足D-Wave公司以及它的客戶的量子計算機的基本需求。總之,還是那句話,製造技術雖已成熟,但是有待提高,還沒能達到量產的階段。

"

關於量子處理器製造的問題

現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖5使用金屬佈線層工藝製造的D-Wave QPU的顯微鏡橫截面

已經成熟的量子處理器製造技術

目前已經成熟開發的量子處理器製造工藝能夠生產LSI(Large-Scale Integration 大規模集成化)超導電路。D-Wave 2000Q系統中2000個量子比特位使用的技術是128,000+約瑟夫森結,而該項技術就是前面所說的量子處理器的大規模集成超導電路。這是目前唯一能夠生產如此複雜超導處理器的超導製造技術。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

製造技術雖已成熟,但是有待提高

要想提高量子處理器的性能,必須提高該製造技術的產能。因為產量越大,量子比特位就越多,量子處理器的性能就越強大,不過這需要長期且大資金的投入。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了讓量子比特位能夠像經典處理器晶體管那樣翻倍遞增(摩爾定律),必須在未來的五年時間內,提高超大規模集成電路中的超導電路集成度(每個量子處理器約瑟夫森結的數量超過一百萬)。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的封裝

和傳統計算機晶片一樣,從晶圓廠完成生產和切割之後,自然需要封裝才可以使用。不過量子處理器封裝有點不一樣,量子處理器所謂的封裝,就是量QPU量子處理器單元連好線路,方便放入量子計算系統運行。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了構建量子計算機,從晶圓片中選取其中一個QPU,並將其置於QPU封裝系統的中心,如圖6所示。QPU是已經與量子計算機內部其他元器件相互連接好信號線,圖6是一張QPU的沒有封裝好的照片,可以清楚地看到印刷電路板周圍的信號線。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

與QPU上的可編程元件相比,輸入線路的數量要少得多。QPU可以通過附加電路實現 - 以多路分解器、信號路由和尋址的形式 - 所有這些都在芯片上的超導邏輯電路中實現。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖6QPU粘接到電路板後的照片,連接信號線。

小結

量子處理器雖然是個顛覆性的設計,但是在生產技術依然是是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來。這樣很好,能夠充分利用以前集成電路大規模量產的技術和經驗,使得量子處理器的生產技術很快成熟。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

不過,量子處理器的高度集成電路不是半導體材料,而是超導材料。這就使得量子處理器短時間實現量產並非易事。實際上,目前超導量子處理器的常量只能滿足D-Wave公司以及它的客戶的量子計算機的基本需求。總之,還是那句話,製造技術雖已成熟,但是有待提高,還沒能達到量產的階段。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

對於量子處理器的介紹已經到了中期,本期又是很多專業術語,基本都是量子超導領域的。由於知識水平有限,很多新詞都是英文原詞,中文翻譯不是很好,請見諒。下期我會簡單介紹如何利用量子處理器搭建D-Wave量子系統,設計到磁屏蔽和內部佈線、冷卻等。

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關於量子處理器製造的問題

現在很多人都很關心量子計算機,自然也十分關注量子處理器。前一篇文章我粗略介紹了D-Wave 2000 Q量子處理器的顛覆設計,網友們對此關注度非常高。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

那麼本期我接著上期內容,參照D-Wave公司發表D-Wave量子系統的量子編程白皮書,簡單介紹Wave 2000 Q量子處理器生產和封裝。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

瞭解D-Wave量子系統設計都知道,量子處理器是由超導材料製造的集成電路。其實量子處理器的宏觀設計思路和傳統處理器的設計很相似,那麼,它的生產和封裝自然也不例外。雖然現在D-Wave公司量處理器製造技術已經基本成熟,但是有待提高,還沒能夠大規模生產量子處理器。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的生產

量子處理器的生產技術是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來

圖4展示了量子處理器單元QPU的真實放大畫像,這是超導電子鑄造廠生產出來的QPU晶片。可以看出,量子處理器單元QPU好像郵票一樣被“壓印”在硅晶片上。這種“壓印”技術並不是什麼憑空產生的新技術,而是由生產製造半導體集成電路的工藝上改進而來的。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖4. Rainier QPU晶圓的照片

在圖4的硅晶片放大圖中,可以清晰地看到幾個量子處理器單元QPU。圖中區域最大、最靠近底部中心的地方就有128個量子位連接在一起,而它們之間總共連接的電氣元件多達352個。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖中清晰可見的交叉陰影線是每個量子處理器單元QPU上的量子比特位/耦合器電路。這個就是被稱之為Rainier QPU的量子處理器單元,D-Wave One™量子計算機內部量子處理器單元就是這種QPU類型。當然,最新的D-Wave 2000 Q量子處理器依然採用同樣的設計。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

充分利用半導體基礎生產技術可以量產量子處理器

在生產製造大規模集成電路的時候,充分利用半導體的基礎技術是很重要。從幾十年半導體集成電路的發展經驗來看,充分利用半導體集成電路的優勢足以使QPU的生產製造商業化。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

借鑑半導體工業中的基礎技術,足以讓D-Wave像高度集成電路那樣容易大規模生產製造。圖5所示是量子處理器單元QPU的橫截面,該橫截面是超導電子鑄造廠生產D-Wave的量子處理器時候所拍攝的顯微鏡橫截面照片。圖中中間層底部,集成有約瑟夫森結。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖5使用金屬佈線層工藝製造的D-Wave QPU的顯微鏡橫截面

已經成熟的量子處理器製造技術

目前已經成熟開發的量子處理器製造工藝能夠生產LSI(Large-Scale Integration 大規模集成化)超導電路。D-Wave 2000Q系統中2000個量子比特位使用的技術是128,000+約瑟夫森結,而該項技術就是前面所說的量子處理器的大規模集成超導電路。這是目前唯一能夠生產如此複雜超導處理器的超導製造技術。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

製造技術雖已成熟,但是有待提高

要想提高量子處理器的性能,必須提高該製造技術的產能。因為產量越大,量子比特位就越多,量子處理器的性能就越強大,不過這需要長期且大資金的投入。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了讓量子比特位能夠像經典處理器晶體管那樣翻倍遞增(摩爾定律),必須在未來的五年時間內,提高超大規模集成電路中的超導電路集成度(每個量子處理器約瑟夫森結的數量超過一百萬)。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

量子處理器的封裝

和傳統計算機晶片一樣,從晶圓廠完成生產和切割之後,自然需要封裝才可以使用。不過量子處理器封裝有點不一樣,量子處理器所謂的封裝,就是量QPU量子處理器單元連好線路,方便放入量子計算系統運行。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

為了構建量子計算機,從晶圓片中選取其中一個QPU,並將其置於QPU封裝系統的中心,如圖6所示。QPU是已經與量子計算機內部其他元器件相互連接好信號線,圖6是一張QPU的沒有封裝好的照片,可以清楚地看到印刷電路板周圍的信號線。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

與QPU上的可編程元件相比,輸入線路的數量要少得多。QPU可以通過附加電路實現 - 以多路分解器、信號路由和尋址的形式 - 所有這些都在芯片上的超導邏輯電路中實現。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

圖6QPU粘接到電路板後的照片,連接信號線。

小結

量子處理器雖然是個顛覆性的設計,但是在生產技術依然是是由傳統半導體集成電路的工藝上改進而來。這樣很好,能夠充分利用以前集成電路大規模量產的技術和經驗,使得量子處理器的生產技術很快成熟。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

不過,量子處理器的高度集成電路不是半導體材料,而是超導材料。這就使得量子處理器短時間實現量產並非易事。實際上,目前超導量子處理器的常量只能滿足D-Wave公司以及它的客戶的量子計算機的基本需求。總之,還是那句話,製造技術雖已成熟,但是有待提高,還沒能達到量產的階段。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

對於量子處理器的介紹已經到了中期,本期又是很多專業術語,基本都是量子超導領域的。由於知識水平有限,很多新詞都是英文原詞,中文翻譯不是很好,請見諒。下期我會簡單介紹如何利用量子處理器搭建D-Wave量子系統,設計到磁屏蔽和內部佈線、冷卻等。

量子處理器為何不能量產,其原因是製造技術雖已成熟,但有待提高

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