大国院士 第四百九十二章：为量子芯片提供理论基础

徐川进入自己的办公室钻研东西，樊鹏越一开始也没在意，以为很快就能出来。

结果等到第二天，他在开会的时候，才突然想起来这事。

摸出手机打了电话，才发现这位小师弟已经跑回自己的别墅去了。

书房中，徐川挂断了电话，看着桌上的稿纸，上面已经写满了密密麻麻的字符，继续着手中的研究。

灵感已经抓到，他想着一鼓作气，直接完善这套理论。

“.考虑掺杂剂在空间群(SG)的晶格中的规则放置，这将对称性降低到CUC143，而双带和四带模型的特点是＄\Gamma＄和A处的对称强化双Weyl点.”

“由于混合轨道特征的非平凡多带量子几何，以及一个奇异的平带。引入Cu原子形成磁力阱后的高温铜碳银复合材料在密度泛函理论(DFT)计算的极好一致性提供了在掺杂材料中可以实现费米能级的最小拓扑能带的证据。”

“理论上来说，这已经足够为构建拓扑量子材料提供基础了。”

看着稿纸上的字眼，徐川眼中露出了一丝满足。

三天的废寝忘食加熬夜，他抓住了那一丝偶得的灵感，将其全面铺开延伸，在强关联电子大统一框架理论的基础上，将拓扑物态纳入了进来。

而探索强关联体系中拓扑物态的产生机制和特性，正是为实现新型量子器件提供理论的基础。

尽管理论和应用还隔着很大的距离，但有了理论基础的指引，应用前进的方向已然清晰。

就像是航行于大海上遭遇了暴风雨的船只，在海浪与飓风间，看到了海岸边缘那一座明亮的灯塔一般，有了明了的前进方向。

满足的伸了个懒腰，徐川站起身活动了一下筋骨。

噼里啪啦的骨节声响起，他掰了掰十指，重新坐下来将桌上的稿纸整理了一下。

对拓扑物态的产生机制和特性进行研究，其实可以算得上是强关联电子大统一框架理论的延续。

不过这一份研究论文，他大抵是不会发出去的。

因为重要性相当高。

为量子芯片的构造材料提供理论基础的论文，这种东西无论是发在哪个国家，都是国家重点保密研究的对象。

将稿纸整理好，放进抽屉中，徐川靠在椅背上盯着不远处的书架思索了起来。

有了他这份拓扑物态的产生机制和特性的研究论文，量子计算机的发展应该是可以加快一些脚步的。

量子芯片和量子技术的发展，是未来的趋势，也是华国在芯片领域实现弯道超车的捷径。

至于传统的硅基芯片，老实说在这方面已经没有什么机会了。

不仅仅是因为以米国为首的西方国家在硅基芯片上耕耘了几十年的时间，建立起来了一套完善的规则和先进的光刻技术，导致其他国家只能追赶没法超越外；更有硅基芯片差不多已经快走到尽头的原因。

传统的芯片一直以来材料都是以硅材料为主，但是随着芯片工艺的不断提升，硅基芯片正在不断的逐渐逼近它极限。

目前AMSL，台积电等公司已经做到了能生产三纳米，甚至是两纳米的芯片了。

但对于硅基芯片来说，再往下，一纳米就是它理论上的极限了。

第一个原因是硅原子的大小只有0.12纳米，按照硅原子的这个大小来推算，一旦芯片工艺达到一纳米，基本上就放不下更多的晶体管了。

所以传统的硅脂芯片基本上已经达到极限了，如果到了1nm之后还强制加入更多的晶体管，到时芯片的性能就会出现各种问题。

第二原因则是量子隧穿效应，这是限制目前硅基芯片发展的最大因素了。

所谓隧穿效应，简单来说就是微观粒子，比如电子可以直接穿越障碍物的一种现象。

具体到芯片上面，就是当芯片的工艺足够小的时候，原本在电路中正常流动构成电流的电子就不会老老实实按照路线流动，而是会穿过半导体闸门，到处乱串，最终形成漏电等各种问题。

简单的来说，就像是一个人学会了穿墙术，直接从墙这一面穿到了另一面。

事实上，这种现象并不是指硅基芯片达到一纳米的时候才出现的效应。

在之前芯片达到20纳米的时候，硅基芯片就曾经出现过这种漏电现象。

只不过后来包括台积电等一些芯片制造厂家通过工艺上的改进之后才改善了这种问题。

后面到了7纳米到5纳米之间的时候，这种现象再次出现，而A**L则通过发明了EUV光刻机，这大幅提升了光刻能力，才解决了这一问题。

但未来随着芯片工艺越来越小，当传统的硅基芯片达到2纳米的时候量子隧穿效应导致的各种问题会逐渐暴露出来。

到了一纳米的迹象，即便一些芯片厂家能够突破这个大关，但整体的芯片性能理论上来说就不会优良，甚至会不会太稳定，有可能出现各种问题。

或许在这一过程中，科学家会想各种办法来解决这个问题。

但硅基材料本身的限制就在那里，它的发展潜力是有限的。

而寻找一种代替性的材料，亦或者发展其他发现的计算机，是芯片和计算机行业一直在做的事情。

量子芯片与量子计算机毫无疑问的是未来发展线路中占比最重要的一条。

在这方面，哪怕是有着最大可能性代替硅基芯片的碳基芯片，其重要性也略输一筹。

毕竟如今的量子计算机，已经构建了相当完善的理论基础，甚至实现了操控两位数量子比特的实体计算机，发展前途一片光明。

至于麻烦点，在于如何操控量子比特以及存储信息。

而他手中的这份拓扑物态的产生机制和特性的研究机理论文，可以在很大程度上解决这个问题。

这意味着量子计算机的比特操控数量能跨入三位数甚至是四位数。

别看传统硅基芯片计算机的芯片中动辄上百亿的晶体管，而量子比特的数量听起来少的可怜。

但实际上这两者根本就没法比较。

如果硬要PK的话，那么一台30个量子比特的量子计算机的计算能力，差不多和一台每秒万亿次浮点运算的经典计算机水平相当。

而量子计算机的计算能力，是随着量子比特的操控数指数上升的。

据科学家估计，一台一百比特的量子计算机，在处理一些特定问题时，计算速度将超越现有最强的超级计算机。

如果能将量子计算机的计算比特提升到五百，那么这台计算机将全方位吊打目前所有的超算。

当然，这些都是从理论上出发，至于具体实际情况，暂时还不知道。

不过理论上表现出的如此诱人前景，自然吸引了无数国家和科学机构将注意力投入到这个上面来。

徐川也不例外，尤其是他现在手上还掌控着这样一个大杀器。

只不过他在考虑的是，是和国家合作，一起发展量子计算机领域，构建规则，掌控量子霸权，还是自己先继续研究一下。

各有各的优势，也各有各的缺点，的确很难让人抉择。

思索了一下，徐川摇了摇头，将脑海中的想法抛了出去。

先走一步看一步吧。量子计算机的发展，他目前也抽不出什么时间来做这事。

小型化可控核聚变技术和空天发动机都还没搞定，目前最主要的精力还是先放到这个上面再说。

收拾了一下书桌上的杂乱，徐川站起身，洗了个澡后赶往了川海材料研究所。

高临界磁场的超导材料在模拟实验中已经得到了数据支持，接下来自然是将其通过真正的实验制备出来了。

本来这项工作在三天前就应该开始了，结果他因为一些意外的灵感在别墅中研究了三天的时间，而樊鹏越那边没收到指令，也不敢擅自开始，就这样拖了三天。

不过徐川也没太在意，这三天的时间，是完全值得的。

进入实验室，换上工作服，他找了两个正式研究员当助理，亲自开始制备引入了抗强磁性机理的高温铜碳银复合超导材料。

制备这种改进型的超导材料，在前期的时候步骤并没有多大区别。

通过真空冶金设备制造出纯度高、结晶组织好、粒度大小可控的原料，这是制备铜碳银复合材料的基础。

随后利用RF磁控溅射设备，将制备好的纳米材料溅射在SrTiO3基片上，形成一层薄膜。

而从这里开始，就是转折点了。

在原本的高温铜碳银符合超导材料中，需要添加2%体积分数的多壁碳纳米管(CNTs)和表面镀Cu改性后的碳纳米管作为增强相。

但在强化超导体中，需要通过引入过量的Cu纳米粒的同时，在高温高压条件下通过电流刺激引导Cu原子形成自旋，与C原子形成轨道杂化，来改善材料表面的结构。

这一步的主要目的就是让过量Cu纳米粒中的Cu原子掺杂进入空穴中，进而产生非平凡的量子现象，促使磁力阱的产生。

简单的来说，就是磁力阱的产生需要外界补充能量，而高温高压以及导电等方式，就是补充手段和调整Cu原子自旋角度的手段。

这是纳米级材料与超导体材料的性能和微观结构优化的常用手段之一。

除了高温高压外，还有渗透生长、溶液法、气相沉积法、物理沉积法等办法。

但因为需要额外补充能量的关系，这些手段大概都不太适合强化临界磁场的超导体。

如果高温高压引导法不适合改进型的超导材料，剩下的唯一途径，恐怕就是通过离子注入机来完成了。

但离子注入机的能级太高，会在较大程度上损坏超导体，降低性能不说，工业化量产也是个相当麻烦的事情。

毕竟这是原材料的制备，不是半导体的生产，总得考虑性价比和制备难度。

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(本章完)