量子晶体管,是量子芯片的核心元器件,而量子芯片是量子计算机的核心组成部分,量子晶体管的设计、开发、制造能力直接影响量子计算产业发展。
晶体管是重要的电子元件,具有检波、整流、稳压、放大、调制等作用。为追求更高的算力,根据摩尔定律,每约18个月,集成电路上晶体管的数量会增加一倍,这就要求晶体管的尺寸需要缩小到原来的一半,从而提高集成度。晶体管尺寸缩小,会导致沟道效应产生、漏电流概率提升,因此新的晶体管工艺还在不断开发。现阶段,CFET(互补场效应晶体管)是最新一代晶体管工艺,可以应用在1nm工艺制程芯片中。但1nm芯片之后,传统晶体管计算机难以再依靠缩小晶体管尺寸来提高算力。
根据新思界产业研究中心发布的
《2022-2027年中国量子晶体管行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示,为了解决传统晶体管计算机发展的瓶颈问题,量子计算机被提出,其信息处理速度大幅提高,而量子晶体管是研制量子计算机的核心基础元器件。与传统晶体管相比,量子晶体管尺寸在量子尺度上,仅有一个原子大小,可以实现高度集成,并且能耗大幅降低。量子计算机可以解决传统计算机难以完成的计算问题,已经成为计算机的发展趋势,因此量子晶体管开发受到关注。
最早研发的量子晶体管需要工作在低温条件下,适应性差,难以满足市场需求。2018年8月,德国卡尔斯鲁厄理工学院团队开发出仅有一个原子组成的量子晶体管,可以运行在室温条件下。这掀开了量子晶体管发展的新篇章。2022年6月,澳大利亚量子计算公司SQC宣布推出全球首个量子集成电路。这加快了量子计算机的研制步伐,推动了量子晶体管向产业化发展道路更进一步。
从我国来看,2021年2月,中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心团队,基于主流的体硅高K金属栅FinFET工艺,提出了一种利用拐角效应构建量子点器件结构的方案。FinFET,是鳍式场效应晶体管,在目前5nm、7nm主流芯片制造中处于主导地位。中科院这一项研究成果的问世,进一步提高了我国量子晶体管的研制能力。
新思界
行业分析人士表示,从我国以及全球市场来看,量子晶体管研制能力正在不断增强,推动了其产业化发展步伐不断加快。预计2022-2030年间,全球量子计算市场将呈现高速上升态势;预计到2030年,量子计算有望进入商用阶段,届时全球量子计算市场规模将达到80亿美元以上。在此背景下,量子晶体管作为量子计算机的核心基础元器件,市场规模将快速增长。