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《中国科大实现多自由度复用的多功能固态量子存储器》

  • 来源专题：中国科学院亮点监测
  • 编译者： liuzh
  • 发布时间：2018-09-19

  • 　　中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在量子存储领域取得新进展，该团队李传锋、周宗权等人成功研制出多自由度并行复用的固态量子存储器，在国际上首次实现跨越三个自由度的复用量子存储，并展示了时间和频率自由度的任意光子脉冲操作功能。该成果于8月24日发表在国际期刊《自然-通讯》上。

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  • 《中国科大实现室温固态可编程量子处理器》
    • 来源专题：中国科学院亮点监测
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-04-06
    • 近日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授杜江峰领导的中国科学院微观磁共振重点实验室首次在室温大气条件下实现基于固态自旋体系的可编程量子处理器。该研究成果以A programmable two-qubit solid-state quantum processor under ambient conditions 为题，发表在1月25日的npj Quantum Information上[npj Quantum Information 5, 9 (2019)]。 　　量子计算利用量子叠加性，能够有效处理经典计算科学中许多难以解决的问题。可编程量子计算是量子计算走向实用化的一个重要条件。对于经典计算而言，用户通常使用同一种硬件架构就可以灵活地完成多种多样的计算任务。但是目前绝大多数量子计算实验仅仅被设计来运行特定的量子算法，如果要执行新的量子算法，往往需要重新配置量子计算的硬件。可编程量子计算概念的提出就是用来解决这一问题，它能够在不改变硬件的前提下，仅需要配置这些量子处理器的若干参数就可以实现各种不同的量子算法。近年来，在离子阱、超导体系和硅量子点体系中已陆续演示了可编程量子计算。但由于室温固态体系中的量子比特通常面临嘈杂的噪声，其量子相干性非常容易受到破坏，因此在室温固态体系中开展可编程量子计算演示仍然是一项艰巨的挑战。 　　杜江峰课题组利用金刚石中的电子自旋与核自旋作为两量子比特体系，首次实现了室温固态自旋可编程量子处理器。研究人员利用绿色激光脉冲实现该量子处理器的初始化和读出功能，并利用一系列高精度的微波与射频脉冲序列来执行量子算法。他们设计了一类普适量子线路，将一系列量子算法的执行转化成为相应的微波和射频脉冲的幅度和相位参数。对于用户而言，仅需要对这一系列参数进行有效配置，就可以完成多种量子算法，避免了繁琐而且昂贵的硬件重新配置。在量子算法执行过程中，研究人员结合前期发展的动力学解耦技术有效抑制固体中嘈杂的噪声带来的不利影响，在该可编程量子处理器上成功运行了Deutsch-Jozsa算法和Grover搜索算法，算法的成功率超过80%。预期在未来，通过提升该量子处理器的材料（金刚石）性能，譬如降低13C的含量，将有助于进一步提升算法的成功率。该工作展示了可编程量子处理器的灵活性，向构筑室温固态量子计算迈出了重要一步。 　　中国科学院微观磁共振重点实验室伍旸和王亚为该文并列第一作者。此项研究得到科技部、中国科学院和安徽省的资助。
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  • 《汇集天时、地利、人和 打造中国存储器中“芯”》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：tengfei
    • 发布时间：2016-04-18
    • 3月28日，总投资240亿美元（约1600亿元人民币）的国家存储器基地项目，在武汉东湖高新区奠基启动。这是湖北省建国以来最大单体投资高科技产业项目。省委书记李鸿忠宣布项目启动。未来几年，武汉光谷东，将随着千亿项目的注入，崛起一座庞大的芯片之城。240亿美元将投向何处？它将给武汉光谷、给湖北、给中国带来怎样的产业焕变？ 2018年量产 240亿美元投向四大方面武汉新芯集成电路制造有限公司执行副总裁陈少民： 总投资240亿美元的国家集成电路产业项目，预计2018年量产，2020年实现月产能30万片。240亿美元将主要用于4个方面： 一是研发，包括工艺研发、芯片研发和系统研发。 二是项目基建，国家集成电路产业基地分三期建设，3月28日启动的为一期，2018年量产后，同步启动二期、三期建设。至2020年前，一、二、三期全部建成。 三是仪器投入。 四是构建全产业链，把“一棵树”变成“一片林”。 当产能达到30万片时，该基地员工将达1.7万人。除了以武汉新芯为核心的存储器本厂，还将在左岭规划3万人的住宅区，带来大量就业与上下游的配套。 围绕国家集成电路产业基地，至少将吸引几百家配套厂商入驻，包括主控芯片公司、模组公司、封装公司、测试公司等，全产业链打造。 2020年弯道超车 17亿颗芯片点亮湖北 目前，世界存储器主要使用DRAM（关机后丢失数据）和NAND（关机后保留数据）两种技术，绝大部分应用于个人电脑、服务器和智能手机。 关于存储器产品路径选择，到底是倾向于发展目前市场主流的内存DRAM产品，还是代表未来发展趋势的3D NAND产品，此前一直存在争论。 最终，湖北决定保持和国际存储器大厂同样的路线：3D NAND。 武汉新芯集成电路制造有限公司执行副总裁陈少民： 发展3D NAND立体堆叠存储技术的原因是由于在生产工艺的物理极限上，2D闪存已经无法继续突破。 智能手机、电脑、云计算的广泛应用，都需要大量存储。相比之下，2D闪存就像是停车场，而3D NAND则是立体停车场。新技术也比2D闪存性能更强，功耗更低，可靠性更高，将逐步取代后者。 去年5月，武汉新芯3D NAND项目研发取得突破性进展，第一个具有9层结构的存储测试芯片，通过存储器功能的电学验证。 2020年，国家集成电路基地30万片月产能中，约20万片为3D NAND存储器，10万片为DRAM存储器。一个12寸的硅片上有700颗芯片，20万片3D NAND意味着该基地2020年一年将制造出17亿颗芯片。 这将是湖北集成电路弯道超车的重要机会，从市场分析看，2014年全球NAND存储器有298亿美元市场，DRAM达430亿美元，中国市场巨大，但芯片和存储器长期依赖进口，自占率非常少。 当该基地3D NAND月产量达到30万片时，将占全球市场的11%至13%；届时中国NAND的市场，可能达到世界的一半。 跻身国家战略 打造中国存储器中芯 国家存储器项目位于东湖高新区光谷智能制造产业园，建设内容包括芯片制造、产业链配套等，计划5年投资240亿美元，到2020年实现月产能30万片，2030年实现月产能100万片。 存储器是信息系统的基础核心芯片。该存储器基地项目以芯片制造环节为突破口，集存储器产品设计、技术研发、晶圆生产与测试、销售于一体，将为我国打破主流存储器领域空白，实现产业和经济跨越发展提供重要支撑。 2006年，省、武汉市和东湖高新区共投资100亿元，在光谷建设武汉新芯12英寸晶圆制造项目。目前，武汉新芯已成为我国唯一以存储器为主的集成电路制造企业。规模达500亿元的湖北集成电路产业专属投资基金也已成立。 国家存储器基地项目建成后，将带动湖北省设计、封装、制造、应用等芯片产业相关环节的发展，集合以天马、华星光电为代表的显示产业，以及华为、联想、富士康为代表的智能终端产业，共同打造万亿级的“芯片-显示-智能终端”全产业链。 2014年，国家颁布实施《国家集成电路产业发展推进纲要（2015-2025）》，并成立国家集成电路产业领导小组和国家集成电路产业投资基金。2015年，发展存储器上升为国家战略。 武汉新芯CEO杨士宁博士： 尽管我们的存储器产业还处在起步阶段，但面临非常难得的历史机遇。去年，全球存储器市场总额达835亿美元，约占全球集成电路市场份额的25%，年均增长率约10%。 物联网和智能化时代的到来，使存储器变得愈发重要，大数据、云计算乃至人们生活点点滴滴的保存，都离不开存储器。在IC产业总产值中，存储器占1/3以上。 我国是全球最大的集成电路进口国，仅2014年进口额就高达2176.2亿美元，集成电路也是我国进口额最大的产品，其中存储器占进口额的24.9%。 存储器关系国家信息安全，但核心技术却被少数国际巨头垄断。中国要想在集成电路产业快速突破并打造“中国芯”，发展存储器产业是破题点，也是必由之路。 武汉新芯集成电路制造有限公司执行副总裁陈少民： 随着项目落地，目前湖北集成电路产业投入，在各省之中是最大的，这将引发虹吸效应，拉动人才、配套和上下游的集聚，将湖北打造成为中国存储器的中心。 回顾：十年投入百亿 不改初“芯” 集成电路产业是信息技术产业的核心，被称为“工业粮食”和“生死攸关的工业”。 在过去相当长一段时期，我国的芯片和存储器都大量依赖进口，缺“芯”少“屏”。 3月28日，在国家集成电路项目启动现场，一位全程参与该项目落地的负责人感慨：苦追3年，奋斗10年，这颗“芯”总算落地了。 作为国家级光电子产业基地，光谷早在2000年初就开始筹划发展集成电路相关产业。2006年武汉新芯诞生，这是中部地区第一条12英寸集成电路生产线项目。此前，新芯只是中芯国际旗下的一座托管工厂，没有自己的技术体系。 2013年，中芯国际退出运营，武汉新芯开始自主研发，组建团队自己干，由美国归来的杨士宁博士出任首席执行官，建立了自己的技术话语权。 过去10年，湖北省、武汉市和东湖高新区累计投入100多亿元，用于武汉新芯发展集成电路产业。尽管新芯这几年并没挣到钱，但是一直在坚持。在这个过程中，2015年年初还提前布局3D NAND存储器的研发，与三星等世界巨头是同步的。当时国家战略还未明确，武汉新芯就开始干了，由于这个基础，这个千亿项目才有可能放在武汉。 2014年，北京、上海、武汉、深圳被初步框定为4个国家集成电路基地城市。其中，北京、上海主导逻辑芯片，涵盖设计、制造、封装、测试；武汉以存储器为主，主要涵盖设计和制造；深圳是华为、中兴的所在地，有市场需求，将主要发展设计、封装和测试。 除了武汉，北京、合肥、厦门等城市，也曾角逐过国家集成电路项目，武汉凭借10年前的布局，最终胜出。 期待：未来固态硬盘只有邮票大小 3月28日，在“2016武汉国际储存器高峰论坛”上，湖北新生的世界级存储器基地，让海内外嘉宾充满期待。 美国斯坦福大学电气工程系教授黄汉森： 未来的固态硬盘可能只有一枚邮票大小。目前，3D NAND存储器也是美国科技攻关的主要方向。 随着3D NAND技术推广应用，固态硬盘将有望全面取代普通机械硬盘。目前，已有厂家把固态硬盘存储容量拓展到120GB，而尺寸仅略大于一个U盘。此外，还有科研团队把2000个存储单元连接到一个晶体管，制成了1TB（等于1024GB）存储容量的固态硬盘，为闪存设备轻量化、小型化创造了可能。 普通机械硬盘用的是磁碟，需要马达驱动旋转，而固态硬盘相当于一个大U盘，读取效率和稳定性大幅优于普通硬盘。 台湾交通大学电机工程学系教授白田理一郎： 现在，业界试图提高芯片功能和集成度以降低成本，中国有望在‘超越摩尔’领域赶上甚至超越世界先进水平。 专家：“弯道超车”考验政企执行力 中国科学院微电子研究所所长叶甜春： 中国集成电路应该走自主创新的发展道路。中国集成电路产业从引进仿制到以市场换技术，通过大范围的国际并购与整合后，中国的集成电路产业和技术都达到了一个新高度，现在是实现创新发展、弯道超车的大好时机。 武汉国家存储器基地项目启动，汇集了天时、地利、人和。“天时”是我国每年进口的芯片中有四分之一是存储芯片，产业需求存在巨大缺口；“地利”是随着国家重大专项和集成电路产业推进纲要的协同实施，经济结构转型的大背景；“人和”是武汉雄厚的科教人才优势。 清华大学微电子研究所所长魏少军： 关键是考验政府和企业的执行力。存储微电子学科研究，最大的特点就是“难”。中国存储器研究经历了四代人的努力，但始终没有形成自主品牌。
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