量子计算机必须低温超导吗

什么是“超导”量子计算？

超导量子计算把电流在零电阻状态下行成的微小电磁能级差异当成量子比特（qubit）。因为能量差异非常细微，外界温度如果高于毫开尔文级别，热噪声就会瞬间抹掉量子叠加态。Google 的 Sycamore、IBM 的 Eagle，都是基于超导电路。

超导只是路线之一，而非全部

除了超导，还有多种路线：离子阱、硅量子点、光子、里德堡原子……每条路线各有优劣。

• 离子阱：原子本身就是天然量子系统，相干时间长，但布线复杂。
• 硅量子点：沿用传统半导体工艺，易于集成，但操控精度和一致性仍是大问题。
• 光子：天然抗噪声，可在室温下运行，但光子彼此不发生相互作用，门操作难度高。
• 里德堡原子：相干时间优于超导，操控方式类似离子阱，目前处于实验室到原型的过渡期。

低温为何仍是“主流”难题

超导芯片需要稀释制冷机降到10 mK 左右，也就是接近绝对零度十毫度。这不仅意味着高昂造价，也限制了量子计算机走出实验室。

中国科协《2024 量子计算蓝皮书》显示：超导路线在全球投资占比 56%，但工程复杂度评分也更高（分），“低温瓶颈”是首要因素。

未来会不会有“室温超导”捷径？

常温超导材料如果真正落地，的确能缓解制冷压力。但室温超导与量子芯片并非一回事。量子比特需要的不止是零电阻，还要求材料在极低噪声环境中维持相干时间>100微秒, 目前所有室温超导报导皆未验证这一指标。因此，至少在十年内，“低温”仍是物理定律留给我们的限制。

入门者应关注哪三个关键词？

1. 相干时间：可以理解为“信息保持多久不出错”，越长越好。
2. 门保真度：单个量子门正确率，直接决定算法到底跑出多准确的结果。
3. 可扩展性：能否像摩尔定律一样把 100 个量子比特做到 100 万个。

真实访谈：工程师眼里的“超导日常”

我上周与中科院物理所一位稀释制冷机工程师面对面聊了二十分钟，他笑称：“我们把一栋写字楼大小的冷却管路缩到衣柜大小，结果噪音主要来自手机震动。进机房要上交手机。” 这段对话让我意识到，低温系统不仅是技术壁垒，也是一种文化——对微扰极度敏感。

写给小白的一句话感悟

量子计算像一场多路并进的马拉松，超导是起跑最响亮的发令枪，但终点不一定在它脚下。