这些早期的超级计算机专为重要工作而打造：机密军事工作、学术研究、高级工程等等。在 80 年代，具有这些功能的计算机必须在装有冷却液的机房内运行，以防止处理器突然崩溃。当今，我们可以制造性能更强大的小型计算机。

工程师们花了几十年的时间来探索如何缩小计算机的尺寸，设计外形更轻便、性能更强大的计算机。在上半个世纪的人类历史中，几乎每一项卓越的科学和文化成就都可以追溯到这一进步。

1965 年，就在半导体行业兴起几年后，工程师兼商人戈登·摩尔做出了一种预测。他说，他预计在未来十年内，单个芯片上封装的晶体管数量将每两年翻一番。

他提出的这种预测非常大胆，这是就未来做出的大胆展望，正如量子计算的先驱们在当今的表现。摩尔认为，工程师们将在十年内五次想方设法找到解决难题的方法。但可惜的是，他于 1975 年之后再没有提出相关预测。很显然，在某个时刻，魔力将会耗尽，一切都会放缓。

摩尔的这一预测后来被人们称为摩尔定律，产生的影响达十多年。自 20 世纪 60 年代中期以来，每隔两三年，工程师们就会设法将微芯片的晶体管密度增加一倍。20 世纪 60 年代末，宽度和羊毛纤维（20 微米）相当的晶体管已经缩小到微观尺寸。2021 年，IBM 创造了一款芯片，其最小组件的宽度仅为两纳米，比人类 DNA 链还窄。

在过去的几十年中，为了保持摩尔定律的活力，工程师们一直依靠化学技巧。

20 世纪 80 年代，IBM 的一个团队发现了一种将晶体管印刷到芯片上的新方法。他们将线状分支分子混合到溶液中，并将该溶液（称为光致抗蚀剂）涂抹在空白芯片表面上作为薄涂层。

溶液干燥后，分子粘附在表面。然后，研究团队借助带图案的屏幕将紫外线照射到该表面上。屏幕确保只有一些分子暴露在紫外线下，而其他分子则被图案阴影遮挡。

这些化学链上的分支在紫外线照射下发生反应。当分支发生反应时，它们会改变光致抗蚀剂的作用方式，使其或多或少具有粘性。研究人员用水洗掉经紫外线照射的光致抗蚀剂。被阴影遮挡的分子在硅晶片上形成了复杂的图案。

如今，这些图案已成为进行微芯片布线的指南。制造商在这些图案之上印刷晶体管，将其用作设计精细计算结构的指南。

IBM Quantum 量子应用研究与软件高级研究经理 Jeannette Garcia 表示：“当您在显微镜下观察这些图案时，您会发现这些线条非常整齐，边缘清晰。”

清晰度非常重要，因为出现任何不精确都可能导致制造过程中发生错误，生产出无用的微芯片。

IBM 与 JSR 等合作伙伴密切合作，改进了这一流程，设计光致抗蚀剂以在纳米级精细控制图案的形状。

“通过精确的化学反应，您可以得到这些令人难以置信的小特征尺寸，比光致抗蚀剂聚合物还小，”Garcia 说。“这就是我们缩小到两纳米宽的组件的过程。它推动了摩尔定律的发展。”

如今，整个微芯片制造行业都依赖于光致抗蚀剂工艺。

JSR 首席技术官 Hiroaki Tokuhisa 表示：“JSR 很自豪能够成为世界领先的光致抗蚀剂解决方案制造商之一。”他还表示：“我们提供在 21 世纪推动摩尔定律发展的化学材料，并与 IBM 等合作伙伴密切合作，不断改进我们的光致抗蚀剂化学材料库。”

就像他们帮助制造的微芯片一样，自 20 世纪 80 年代的早期实验以来，这些光致抗蚀剂变得更加复杂了。随着化学材料的发展，现支持采用更精细、更精致的图案，通过在光致抗蚀剂中添加新的元素，将它们打造成更精确的仪器。例如，研究人员在溶液中加入了名为光致酸产生剂 (PAG) 的化学成分。

Garcia 表示，PAG 的作用有点像化学拖船，将较大的聚合物推入到位。当满足某些条件时，PAG 会喷出质子，与光致抗蚀剂中的聚合物相互作用，使分子可溶，以便可以将其洗掉。当制造商开发新的微芯片时，他们与 JSR 合作来确定获得所需结果需要的精确光致抗蚀剂解决方案。

此过程可能既耗时又昂贵。

“我们在实验室中制造出新的光致抗蚀剂并在现实环境中对其进行严格测试之前，很难预测它的表现，”Hiroaki 说。

涉及的化学反应过于复杂，即使是世界上最强大的超级计算机也无法进行有效模拟。

“我们相信这种情况即将改变，”Hiroaki 说。“我们正在 IBM 与长期合作伙伴们共同协作，在量子计算机上进行化学模拟实验。我们已经证明，量子计算机可以模拟模仿光致抗蚀剂各个部分的小分子。

现实世界依靠量子力学运行，量子计算机很快就会成为我们模拟这种运行方式的最佳工具。这些计算机现在正在 IBM Quantum 经历快速扩展和开发过程，有一天甚至可能会解决困扰经典超级计算机的复杂问题。

借助计算机化学模拟，JSR 的目标是以更低成本更快地开发新型光致抗蚀剂，这是将摩尔定律延伸到未来的潜在优势。

IBM 和 JSR 预计，一旦量子计算机达到必要的规模和能力，它们将成为此类化学模拟的强大工具。JSR 目前正在与 IBM Quantum 合作，为未来发展奠定基础。

“随着量子计算机变得越来越强大，我们希望借助这些计算机为我们的工作提供支持，”Hiroaki 说。

最近，JSR 和 IBM Quantum 联合研究团队成功模拟了具有与 PAG 类似行为的较小分子。这表明，原则上应该可以按照量子计算机的规模来模拟 PAG 本身。

所有这些工作都在推动未来发展，以量子为中心的超级计算机解决当今无法解决的问题，并为化学研究带来短期好处。对于 JSR 来说，此预期意味着以更低的成本生产出性能更好、速度更快的计算机芯片。对于其他合作伙伴来说，这可能意味着在药物开发或材料科学方面会取得进步。

如今，IBM Quantum 拥有世界上最先进的量子计算系统和软件，用于大规模执行量子电路。您的组织可以与 IBM Quantum 携手合作，以推动研究并培养量子技能。

JSR Corporation（ibm.com 外部链接）利用通过聚合物材料开发积累的技术，开发并提供许多全球领先的产品，包括光刻材料、CMP 材料、工艺材料和封装材料，这些产品对于半导体芯片的生产至关重要。JSR 的 LCD 材料和下一代显示器材料用于生产 LCD 和 OLED 显示器。