65nm-5nm工艺开发费用 ， 图片来源：Semiengineering
据了解 ， 台积电在南科园区的3纳米工厂 ， 总投资高达6000亿新台币（约合人民币1360亿） ， 作为对比 ， 台积电2020年在美国投建的5纳米工厂投资额为120亿美元（约合人民币838亿） 。 从5纳米到3纳米 ， 成本直接上升了近一半多 ， 这还只是建厂成本 ， 并没有把前期研发和后期加工等成本计算在内 。
摩尔定律的提出者戈登·摩尔
一直以来 ， 摩尔定律都在半导体行业发挥着重要的作用 ， 所谓摩尔定律 ， 就是指“每隔18个月 ， 在价格不变的基础上 ， 同样单位面积内的晶体管数量翻倍 。 ” 。 通俗来讲 ， 就是人们几乎每隔一段时间 ， 就能以同样的价格 ， 在单位面积内买到数量更多、单价更低的晶体管 。
但随着集成晶体管技术的不断发展 ， 摩尔定律已经开始放缓 ， 甚至出现了失效的迹象 。 还是以手机芯片举例 ， 据行业媒体Semianalysis测算的数据得出结论：现在最新的3nm制程的芯片 ， 不但没有实现性能翻倍的目标 ， 而且也没有让单个晶体管的成本下降 ， 甚至还增加了约40%的成本 。
量子计算机的优势
虽然集成晶体管技术的发展已经陷入颓势 ， 但短期内仍然是计算机的主流方向 ， 因为即使单一晶体管的体积无法继续缩小 ， 也可以通过改变晶体管排列方式 ， 增加单位面积的晶体管数量 ， 以实现提高芯片性能的目标 ， 况且理论上 ， 目前单一晶体管的体积也尚未达到最小 。
我们在认识量子计算机的优势之前 ， 需要先理清一条思路：就现阶段而言 ， 我们之所以要发展量子计算机 ， 并不是为了完全取代经典计算机 ， 而是为了完成经典计算机无法完成的任务 。
一般而言 ， 量子计算机更擅长的是海量数据的并行运算 ， 以及模拟各种分子级原理 ， 这些任务对于经典计算机而言 ， 则处理起来十分困难 。
就以简单的算力比较 ， 目前万亿次的经典计算机 ， 想要处理300万量级的大数据 ， 大约需要花费15万年的时间 ， 而使用量子计算机则只需要1秒而已；国产量子计算机“九章二号”求解高斯玻色取样的速度 ， 要比目前世界最快的超级计算机快10的24次方倍（亿亿亿倍） 。
而在简单的加减乘除、运行游戏、播放视频电影等功能的处理方面 ， 量子计算机并不比经典计算机快多少 ， 可以预见 ， 在未来的一段时间内 ， 这些简单的运算任务 ， 仍然还是要交给经典计算机处理 ， 而量子计算机则是要专心于处理一些特定问题上 ， 真正用在“刀刃”上 。
据本源量子首席科学家郭国平介绍 ， 未来每个人都可以用到量子计算机 ， 这主要是通云端使用量子计算机 ， 因此量子计算机并不一定要进入普通家庭 ， 我们普通人平时使用的计算机 ， 仍然还会是以经典计算机为主 。
量子计算机的发展
据了解 ， 量子计算包括超导、光量子、离子阱、半导体、拓扑等多条技术路线 ， 这些路线究竟哪一条更好 ， 则没有确定的答案 ， 因为量子计算的发展仍然处于“摸着石头过河”的阶段 ， 上述路线各有优劣 ， 但有一点可以肯定 ， 量子计算机的发展将主要经历三个阶段：
中国科学院院士潘建伟和量子计算机合影
1、研制50个到100个量子比特的专用量子计算机 ， 实现“量子优越性”里程碑式的突破 。 所谓“量子优越性” ， 是指单就某个具体问题而言 ， 新生的量子计算原型机的计算能力 ， 可以超过最强的经典计算机 ， 这就能够证明其“优越性”可以有更多的可能 。 之前 ， 国产量子计算原型机“九章”已经成功帮助我国实现了“量子优越性” ， 我国现在是继美国之后 ， 全球第二个实现“量子优越性”的国家 。
2、研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机 ， 解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用价值的问题 。
3、大幅提高量子比特的操纵精度、集成数量和容错能力 ， 研制可编程的通用量子计算机 。
本源超导24比特量子芯片
目前 ， 世界上所有的量子计算机研究都还处于第一阶段 ， 包括这次本源量子即将推出的“悟空”计算机 ， 虽然其“悟空”芯片理论上会高于64比特位数 ， 但离第二阶段可操纵数百个量子比特的目标 ， 仍然有相当长一段距离 。
我国量子计算机在世界上的地位如何？
先说结论：量子科技主要分为量子计算、量子通信、量子精密测量三大领域 ， 我们现在全方位都处于世界第一梯队 。
推荐阅读
- 再看我国新一代载人飞船，无整流罩可重复使用，为何还有逃逸塔？
- 天狗吃月亮？其实，汉代古人已经破解了月食发生的真实原因
- 南渝先生：过程是站
- 数字居民——未来元宇宙世界的必备通行证
- 月亮|为何在南美洲语言不通，我仍不跟观光团？
- GH5188高温合金组织特征及冷热加工过程组织演变
- 月亮|适合发朋友圈的风景文案
- 真正好用的天文望远镜怎么选？当当狸智能天文望远镜竟可以这么玩
- 明日冬月十五不一般：“日在丑，月在未，老牛不向西”，啥意思？