硅基文明那冰冷而高效的设计哲学,如同给龙芯工业的量子芯片研发团队注入了一剂强效催化剂。原本在材料制备泥潭中挣扎的项目,迅速转向了一条更加务实且充满智慧的路径——基于非理想材料进行容错架构设计。
苏小远团队调整了策略,不再执着于一次性制备出完美无瑕的[拓扑绝缘体超导异质结]单晶。他们转而开始系统性地研究不同掺杂浓度、不同生长速率、甚至故意引入某些可控缺陷条件下,所制备出的各种“亚健康”样品其电学性质和潜在的量子行为。
与此同时,林枫带领的架构小组,则根据硅基文明传递来的分形阵列、容错编码和协同设计理念,疯狂地迭代着量子芯片的设计方案。他们不再追求理论上最高效、最完美的比特结构,而是专注于设计那些对材料缺陷容忍度高、易于现有技术进行表征和操控的“粗糙但实用”的量子比特单元。
实验室里,争吵声、键盘敲击声、设备运行声再次成为主旋律,但这一次,争吵的内容不再是绝望的抱怨,而是充满建设性的技术路线辩论。
“我认为这个‘十字形’辅助比特布局更能有效抑制来自衬底的电荷噪声!”
“不,分形‘H树’结构在布线复杂度和信号隔离上更有优势!硅基文明的经验显示……”
“别忘了协同设计!我们设计的这个比特,要优先考虑运行Shor算法还是Grover算法?这直接影响最优的耦合强度!”
王胖子作为后勤总管,敏锐地察觉到气氛的变化,立刻将宵夜标准从清粥小菜升级回了麻辣香锅和烤串,并附上豪言壮语:“兄弟们!尽管吵!尽管熬!胖爷我的后勤弹药管够!吃饱了才有力气跟量子力学打架!”
功夫不负有心人。在经历了数十轮设计迭代和上百次材料工艺调整后,他们终于筛选出了一种相对稳定的材料制备窗口,并锁定了一套名为“龙鳞-1号”的量子芯片架构。
这套架构包含了3个物理量子比特(基于性能相对最好的那批拓扑异质结样品)和5个辅助比特,采用了一种简化版的分形网格进行连接,并内置了初步的动态解耦脉冲序列,以对抗一定程度的环境噪声。
接下来,就是最关键的一步——流片(Tape-out)。
对于传统芯片,流片意味着将设计好的版图交给晶圆厂进行制造。而对于龙芯工业这枚前所未有的量子芯片,所谓的“流片”,更像是一次高度定制化的、集材料制备、微纳加工、电极引线、封装测试于一体的极限操作。
整个过程在龙芯工业内部新建的、洁净度达到千级的“量子集成工艺实验室”内进行。所有参与人员穿着厚重的防尘服,在黄光下小心翼翼地操作。每一步都如同在针尖上跳舞,任何微小的振动、温度波动、甚至操作员呼吸带来的气流,都可能前功尽弃。
光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入……一系列在经典芯片制造中成熟的技术,被移植并改造用于这枚特殊的量子芯片。许多步骤甚至需要研发人员自己设计临时工装和开发特殊工艺。
王胖子被严禁进入核心区,只能扒在走廊的观察窗上,眼巴巴地看着里面如同慢动作回放般的精密操作,急得抓耳挠腮,嘴里不停念叨:“祖宗保佑,玉皇大帝保佑,量子天尊保佑……千万要成啊……”
漫长的三天后,一枚只有小拇指指甲盖大小、表面布满了错综复杂的纳米金属线和微小电极、核心区域在显微镜下呈现出奇异人工结构的芯片,被最终封装在一个特制的、带有微波和直流接口的金属管壳内。
“龙鳞-1号”,诞生了!
接下来,是更令人紧张的测试环节。
芯片被小心翼翼地安装进稀释制冷机的最底层,温度需要被降至接近绝对零度的10毫开尔文(0.01K)以下,才能使其中的超导组件正常工作,并最大限度地抑制热噪声对量子态的破坏。
等待降温的过程无比煎熬。实验室里鸦雀无声,只能听到制冷机压缩机低沉的嗡鸣和液氦流动的细微嘶嘶声。
王胖子不知道从哪儿弄来了一炷电子香,对着稀释制冷机的方向假装拜了拜,被林枫没好气地瞪了一眼,才讪讪地收起来。
温度终于达标!
测试正式开始。
首先是最基础的直流测试,检查所有电极和结区是否导通,是否存在短路或断路。幸运的是,初步的电气连接一切正常。
然后,进入核心的量子特性测试。
负责操作的博士深吸一口气,开始通过复杂的微波脉冲序列,尝试激发和操控那3个物理量子比特。
屏幕上,代表量子态概率幅的曲线开始随着微波频率和功率的变化而跳动、振荡。
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