— Этот октагональный карбид кремния, хотя и имеет в своей атомной структуре четыре атома углерода и четыре атома кремния в одной элементарной ячейке, отличается тем, что элементарная ячейка октагонального карбида кремния не является гранецентрической, а представляет собой восьмиугольную плоскую структуру!
Схематическое изображение, нарисованное Тинь Сяоя на доске, с четырьмя разнесенными твердыми точками и пусто кружками, обозначающими атомы углерода и кремния соответственно, позволяло очень наглядно понять, что она имеет в виду под «октагональным карбидом кремния».
Хотя этот рисунок очень прост, его значение далеко не такое же, как у обычного!
Ее так называемый «обычный карбид кремния», также известный как карбид кремния, производится из дешевого сырья, такого как кварцевый песок, кокс, опилки и т. д., путем высокотемпературного обжига в электропечи.
Природный карбид кремния, из-за своей редкости и твердости, уступающей только алмазу (мооса 9,5 против 10 у алмаза), используется в ювелирной промышленности как «моссандит».
Карбид кремния, как единственное стабильное соединение углерода и кремния, имеет кристаллическую структуру, состоящую из плотно упакованных двух подрешеток, где каждый атом кремния или углерода связан с окружающими атомами кремния или углерода посредством направленных сильных тетраэдрических связей sp3.
Благодаря стабильным химическим свойствам, высокой теплопроводности, мальному термическому расширению и хорошей износостойкости, карбид кремния, произведенный в Китае, в основном используется в качестве функциональных керамических материалов, высокопрочных огнеупоров, абразивов и металлургического сырья в основных промышленных областях.
Однако благодаря превосходным характеристикам, таким как запрещенная зона, скорость диффузии, напряжение пробоя, теплопроводность, термостойкость, превосходящим традиционный кремний в областях электроники, аэрокосмической, оборонной, атомной энергетики и экстремальных условий, он обладает незаменимым преимуществом.
В настоящее время зарубежные компании имеют значительное преимущество в высокотехнологичных областях применения карбида кремния и также ввели запрет на его экспорт в Китай.
Когда Ляо Ванин возглавляла создание лаборатории проекта 311, из-за того, что Китай не мог производить монокристаллический карбид кремния высокой чистоты и не мог его импортировать, два проекта были вынуждены приостановить работу…
Ей было неожиданно, что Тинь Сяоя не только выбрала «плоскую ловушку ионов» в качестве темы своей докторской диссертации, но и за полмесяца подготовила основной материал для эксперимента – пластину из октагонального карбида кремния!
Хотя область исследований Ляо Ванин – фундаментальные исследования в области квантовой физики, она также была знакома с передовыми технологиями квантового счета.
В последние годы почти с регулярными интервалами в области квантовых вычислений происходили «значительные прорывы».
Два года назад IBM представила первую в мире коммерческую прототипную квантовую вычислительную машину с 20 кубитами и начала ее продажу по всему миру; квантовый компьютер Google решил математическую задачу с помощью всего 53 специализированных квантовых чипов, заявив о первом в мире достижении «квантового превосходства»; несколько крупных отечественных IT-компаний также основали квантовые вычислительные лаборатории и сообщили о «значительных достижениях».
Однако на самом деле ни одна из компаний, занимающихся квантовыми компьютерами, пока не может получить прибыль от своей основной деятельности, и квантовые компьютеры находятся на очень ранней стадии коммерциализации.
Когда-то были прогнозы о коммерциализации квантовых компьютеров, в первой фазе – разработка квантовых вычислительных прототипов и достижение «квантового превосходства»; во второй фазе – разработка специализированных квантовых чипов для решения конкретных задач в конкретных отраслях, помогающих реализовать коммерческое применение в определенных областях; в третьей фазе – разработка настоящих универсальных квантовых компьютеров.
В настоящее время исследования в разных странах находятся в конце первой и начале второй фазы.
Нельзя отрицать, что науке до сих пор не удалось найти идеальную физическую систему для разработки квантовых компьютеров.
Большинство разрабатываемых физических систем квантовых чипов не соответствуют общепринятым пяти показателям квантовых вычислений, включая инициализацию кубитов, масштабируемость, управляемость, стабильность и измеримость.
Эксперты в отрасли в целом считают, что первоочередной задачей является поиск подходящего материала для квантовых вычислений, различные технологические пути, такие как сверхпроводники, полупроводниковые твердотельные устройства и ионные ловушки, демонстрируют свои преимущества и недостатки, но пока нет единого мнения о том, какой из них лучше, и ни один технологический путь не может решить все практические проблемы.
Ляо Ванин недавно прочитала свежий зарубежный исследовательский отчет, и направление, выбранное Тинь Сяоя – «ионные ловушки», считается одним из наиболее вероятных для достижения технологического прорыва.
Так называемые «ионные ловушки», или «ионные ловушки», используют электрическое поле, создаваемое электродами, для удержания сверхохлажденных ионов в электрическом поле, чтобы реализовать кубиты.
В настоящее время наиболее распространенными ионными ловушками являются «ловушки Пауля» (четырехкубитные ионные ловушки) и «ловушки Пеннинга».
— Я знаю, что недавно ученые из Эквадора разработали «плоскую ионную ловушку. По сравнению с предыдущими трехмерными ионными ловушками, которые трудно соединять, эта плоская структура ионной ловушки относительно легко масштабируется… Вы планируете напрямую создавать квантовые чипы?»
Ляо Ванин перелистывала черновик диссертации Тинь Сяоя и спросила ее.
В той информации, которую она видела, упоминалось, что исследователям из Эквадора удалось расположить золотые стержневые электроды параллельно на одной плоскости кремниевой пластины, а затем использовать фототографическую печать для травления соответствующих схем на этой плоскости.
Говорят, что таким образом можно очень просто производить большое количество одинаковых изделий, множество ионных ловушек можно соединять последовательно, образуя квантовый чип.
Однако, хотя им удалось поймать 12 магниевых ионов с помощью плоской ионной ловушки, эти ионы не очень подходят для использования лазером.
Изменение состояния кубита с помощью лазера является основой квантовых вычислений, и сейчас основная задача их исследований заключается в том, чтобы убедиться, что плоская ионная ловушка может поймать ионы, более подходящие для квантовых компьютеров.
Ионные ловушки имеют функции полного сканирования и селективного сканирования ионов, а также используют технологию хранения ионов, чтобы можно было выбирать ионы любой массы для столкновения и расщепления, реализуя функции вторичного или многоступенчатого MS-анализа.
Первая часть черновика диссертации Тинь Сяоя также излагала аналогичные взгляды, поэтому Ляо Ванин задала этот вопрос.
— Я хочу сделать квантовый чип, но не такой плоский, как у эквадорцев! Я делаю многослойные ловушки… Пока планирую миллионы!
Услышав слова Тинь Сяоя, глаза Ляо Ванин чуть не выпали!
Ей потребовалось некоторое время, чтобы прийти в себя, потирая щеку, и с немым удивлением посмотрела на Тинь Сяоя, спросив: «Ты… ты уверена… что миллионы?»
— Да! Примерно два миллиона, — спокойно ответила Тинь Сяоя, улыбаясь.
Услышав ее подтверждение, руки Ляо Ванин слегка дрожали… и в этот момент Сонг Цзяо ворвался в комнату, прервав их разговор вдвоем.
— Тинь! Нашла… я нашла!
Главa 243 «Прыгающее мышление» Сун Цзе
Когда-то Ляо Вэньин старалась уговорить Сон Дже присоединиться к Цинхуа, чтобы он, этот супергений, внес значительный вклад в лабораторию проекта 311.
Однако на самом деле Сон Дже всего лишь представил статью, которая до сих пор не прошла экспериментальную проверку, а в течение большей части прошедшего месяца он был «невидимкой», как сказал Лю Чжэнь, планируя открыть в спортивном отделе курс... что явно противоречило первоначальным намерениям Ляо Вэньин.
И вот, прежде чем он успел ворваться внутрь, Ляо Вэньин только что получила от Дин Сяоя «половинку» воодушевляющей новости... она собирается создать квантовый чип с миллионами кубитов!
Как известно, все известные на данный момент прототипы квантовых компьютеров, включая те, которые заявляют о достижении коммерческой готовности, на самом деле находятся на очень ранней стадии развития. Если провести аналогию с классическими компьютерами, то эти «квантовые компьютеры» по сути являются электронным лампам эпохи классических компьютеров.
Квантовые чипы, используемые в этих прототипах, вмещают максимум несколько десятков кубитов, ни один из которых не превышает сотни.
А в той самой статье, которую видела Ляо Вэньин, упоминалось, что Google заявляет о намерении достичь 1 миллиона кубитов в течение 10 лет и реализовать коммерческое применение квантовых компьютеров. А еще одна более радикальная компания, Honeywell, заявила, что в течение следующих 10 лет планирует ежегодно увеличивать производительность квантовых компьютеров в 10 раз.
Несмотря на то, что ученые считают эти заявления некоторых радикалов немного «преувеличенными», учитывая технологическую мощь этих компаний, некоторые верят, что они могут это сделать...
Но Дин Сяоя заявляет, что ее квантовый чип будет иметь «миллионы» кубитов, и самое главное, ее цель не в том, чтобы реализовать ее в будущем через 10 лет или даже позже, а сейчас!
Несмотря на то, что Дин Сяоя не Сон Дже, ее необыкновенный гений, который Ляо Вэньин наблюдала своими глазами в последнее время, а также учитывая их с Сон Дже прошлые достижения, можно с уверенностью сказать, что если они что-то решили, то обязательно это сделают...
Услышав эту конкретную «цель», Ляо Вэньин не могла не почувствовать волнение в душе.
Но прежде чем она успела успокоиться и подготовиться к подробному расспросу Дин Сяоя о плане, Сон Дже, появившийся неожиданно, прервал ее!
— Что ты нашел? Сон Дже... чем ты занимался в последнее время?
Ляо Вэнъин, глядя на взволнованного Сона Дже, спросила с легким упреком в голосе:
— Ты нашел питательную среду!
Простой ответ Сона Дже, казалось, был ответом на вопрос Ляо Вэнъин, но на самом деле он сообщал Динь Сяоя эту радостную новость!
Как и ожидалось, услышав слова Сона Дже, Динь Сяоя тут же с изумлением спросила: «Что это? Литий, тербий, галлий, индий, галлий, гафний, лантан, церий, празеодим, неодим, диспрозий, са мирум?»
Динь Сяоя перечислила почти все элементы, которые она когда-либо рассматривала, но какой бы элемент она ни назвала, Сон Дже лишь слегка покачал головой. Когда она произнесла «магний», ее брови нахмурились в букву «川», а в глазах появилось выражение разочарования.
Несмотря на то, что в течение большей части прошедшего месяца все, включая их наставника Ляо Вэнъин, не могли найти Сона Дже и не знали, чем он занимается, Динь Сяоя, живущая по соседству с Соном Дже, могла несколько часов каждую ночь встречаться с ним. В проекте квантового чипа с «ионной ловушкой», над которым она работала, также участвовал Сон Дже.
— Восьмигранный кремниевый диск, который она только что показала Ляо Вэнъин, был сделан с помощью Сона Дже!
Что касается технологического пути квантового чипа, Сон Дже и Динь Сяоя несколько вечеров обсуждали это, и все было в порядке, кроме вопроса о том, какую питательную среду следует использовать.
Этот восьмигранный кремниевый диск, разработанный Динь Сяоя, не был традиционным монокристаллическим кремнием с плотной решеткой, а представлял собой «рыхлую структуру, но с твердостью по Мохо 10, близкую к алмазу, черную пористую структуру». Проще говоря, это искусственный поликристаллический кремний, имитирующий «структуру черного алмаза».
Представьте себе восьмигранный «плоский кристалл», образованный четырьмя атомами углерода и четырьмя атомами кремния. Этот плоский кристалл похож на графен (толщина одного слоя углерода составляет около 0,334 нанометра).
Когда четыре восьмигранных кремниевых кристалла выстраиваются в крестообразную форму, между ними обязательно остается квадратная пустота, которая предназначена для хранения отдельных ионов в «ионной ловушке».
После того, как несколько восьмигранных кремниевых пластин были сложены внахлест, конечный чип-подложка стал «башней ионных ловушек».
Использование кремния, изготовленного с помощью углерода, в качестве среды также имеет большое значение.
Ученые из Германии, работающие над «плоскими ионными ловушками», используют ионы магния, которые могут одновременно контролировать 12 ионов, но из-за того, что ионы магния не очень подходят для лазерного управления, решение для плоских ионных ловушек до сих пор не принесло решительных результатов.
До этого Динь Сяоя и Сон Дже долго не могли найти подходящую среду, но теперь Сон Дже внезапно говорит, что нашел... Но эти элементы, перечисленные Динь Сяоя, ни один из которых не подходит, заставил Динь Сяоя подозревать, что Сон Дже намеренно затягивает с ответом!
— Что же это такое? Не задерживай меня больше…
— Водород! Я думаю, это должен быть водород…
— Водород? Почему водород? Водород — самый активный неметаллической элемент, это правда… но я думаю, что с точки зрения электропроводности следует выбирать металлы, например, франций…
— Нет, нет, нет… ты не понял меня. У водорода есть два изотопа: дейтерий и тритий, и на данный момент самый распространенный элемент во всей Вселенной — это водород…
Когда Сон Дже и Динь Сяоя спорили об этой теме, Ляо Вэнъин чувствовала себя, как посторонний наблюдатель… И она даже не поняла, о чем они говорили!
Конечно, это не потому, что Ляо Вэнъин не понимала их слов, а потому, что она просто не поняла, о чем Сон Дже и Динь Сяоя говорили.
— У меня есть смелая идея, посмотри… вот так…
Сон Дже говорил все более оживленно, брал ручку и начал рисовать на доске.
Смотря на его схему, Динь Сяоя примерно понимала, что Сон Дже изображает многослойные восьмигранные кремниевые пластины, но она не совсем понимала… зачем добавлять отдельный изоляционный слой между этими многослойными пластинами?
— Это сбоку… Если посмотреть спереди, ты поймешь! Спереди здесь всего 24 ионных ловушки, а сзади — 28 ионных ловушек! Это как наши две главные энергетические каналы…
А еще больше Динь Сяоя и Ляо Вэнъин не понимали, как Сон Дже, говоря о квантовом чипе с ионными ловушками, внезапно перешел к человеческим энергетическим каналам и акупунктурным точкам!
Такая огромная разница в мышлении, такая «скачкообразность», действительно трудно предсказуема…
Обновлено: 08.04.2026