第四百九十二章為量子芯片提供理論基礎

結果等到第二天，他在開會的時候，才突然想起來這事。

摸出手機打了電話，才發現這位小師弟已經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，上面已經寫滿了密密麻麻的字符，繼續著手中的研究。

靈感已經抓到，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費米能級的最小拓撲能帶的證據。”

“理論上來說，這已經足夠為構建拓撲量子材料提供基礎了。”

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，在強關聯電子大統一框架理論的基礎上，將拓撲物態納入了進來。

而探索強關聯體系中拓撲物態的產生機制和特性，正是為實現新型量子器件提供理論的基礎。

盡管理論和應用還隔著很大的距離，但有了理論基礎的指引，應用前進的方向已然清晰。

就像是航行于大海上遭遇了暴風雨的船只，在海浪與颶風間，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。

對拓撲物態的產生機制和特性進行研究，其實可以算得上是強關聯電子大統一框架理論的延續。

不過這一份研究論文，他大抵是不會發出去的。

因為重要性相當高。

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

將稿紙整理好，放進抽屜中，徐川靠在椅背上盯著不遠處的書架思索了起來。

有了他這份拓撲物態的產生機制和特性的研究論文，量子計算機的發展應該是可以加快一些腳步的。

量子芯片和量子技術的發展，是未來的趨勢，也是華國在芯片領域實現彎道超車的捷徑。

至于傳統的硅基芯片，老實說在這方面已經沒有什么機會了。

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則和先進的光刻技術，導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快走到盡頭的原因。

傳統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，臺積電等公司已經做到了能生產三納米，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，一旦芯片工藝達到一納米，基本上就放不下更多的晶體管了。

所以傳統的硅脂芯片基本上已經達到極限了，如果到了1nm之后還強制加入更多的晶體管，到時芯片的性能就會出現各種問題。

第二原因則是量子隧穿效應，這是限制目前硅基芯片發展的最大因素了。

所謂隧穿效應，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象。

具體到芯片上面，就是當芯片的工藝足夠小的時候，原本在電路中正常流動構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，就像是一個人學會了穿墻術，直接從墻這一面穿到了另一面。

事實上，這種現象并不是指硅基芯片達到一納米的時候才出現的效應。

在之前芯片達到20納米的時候，硅基芯片就曾經出現過這種漏電現象。

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，這種現象再次出現，而ASML則通過發明了EUV光刻機，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，當傳統的硅基芯片達到2納米的時候量子隧穿效應導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，但整體的芯片性能理論上來說就不會優良，甚至會不會太穩定，有可能出現各種問題。

或許在這一過程中，科學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，它的發展潛力是有限的。

而尋找一種代替性的材料，亦或者發展其他發現的計算機，是芯片和計算機行業一直在做的事情。

量子芯片與量子計算機毫無疑問的是未來發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，已經構建了相當完善的理論基礎，甚至實現了操控兩位數量子比特的實體計算機，發展前途一片光明。

至于麻煩點，在于如何操控量子比特以及存儲信息。

而他手中的這份拓撲物態的產生機制和特性的研究機理論文，可以在很大程度上解決這個問題。

這意味著量子計算機的比特操控數量能跨入三位數甚至是四位數。

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

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的計算能力，差不多和一臺每秒萬億次浮點運算的經典計算機水平相當。

而量子計算機的計算能力，是隨著量子比特的操控數指數上升的。

據科學家估計，一臺一百比特的量子計算機，在處理一些特定問題時，計算速度將超越現有最強的超級計算機。

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

當然，這些都是從理論上出發，至于具體實際情況，暫時還不知道。

不過理論上表現出的如此誘人前景，自然吸引了無數國家和科學機構將注意力投入到這個上面來。

徐川也不例外，尤其是他現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，一起發展量子計算機領域，構建規則，掌控量子霸權，還是自己先繼續研究一下。

各有各的優勢，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。量子計算機的發展，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和空天發動機都還沒搞定，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。

高臨界磁場的超導材料在模擬實驗中已經得到了數據支持，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該開始了，結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。

進入實驗室，換上工作服，他找了兩個正式研究員當助理，親自開始制備引入了抗強磁性機理的高溫銅碳銀復合超導材料。

制備這種改進型的超導材料，在前期的時候步驟并沒有多大區別。

通過真空冶金設備制造出純度高、結晶組織好、粒度大小可控的原料，這是制備銅碳銀復合材料的基礎。

隨后利用RF磁控濺射設備，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，就是轉折點了。

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

但在強化超導體中，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構。

這一步的主要目的就是讓過量Cu納米粒中的Cu原子摻雜進入空穴中，進而產生非平凡的量子現象，促使磁力阱的產生。

簡單的來說，就是磁力阱的產生需要外界補充能量，而高溫高壓以及導電等方式，就是補充手段和調整Cu原子自旋角度的手段。

這是納米級材料與超導體材料的性能和微觀結構優化的常用手段之一。

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。

但因為需要額外補充能量的關系，這些手段大概都不太適合強化臨界磁場的超導體。

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

但離子注入機的能級太高，會在較大程度上損壞超導體，降低性能不說，工業化量產也是個相當麻煩的事情。

畢竟這是原材料的制備，不是半導體的生產，總得考慮性價比和制備難度。

大國院士 第四百九十二章為量子芯片提供理論基礎