量子计算机为什么需要超导

量子计算机需要超导来保证量子比特在极低温度下长时间保持叠加态，从而完成复杂计算。

超导到底给量子计算机带来了什么？

很多新手之一次看见“超导量子芯片”这个词就会疑惑：冰箱里做计算机，不麻烦吗？
我的回答是：超导是目前唯一能同时提供低噪声、长相干和可扩展三种关键条件的材料体系。没有超导体，量子比特就像没有暖气的金鱼，两三微秒就“冻”死了。

低温≠噱头，而是“静默”的保障

在传统芯片中，电子像赶着上下班的人；而在量子芯片里，我们要让电子化身“隐形人”。库珀对（超导电子对）在零下273 °C附近几乎无阻力流动，这就避免了因电阻产生的热噪声破坏叠加态。MIT实验组曾给出数据：当温度高于20 mK，量子门保真度由99.4 %暴跌到62 %。

长相干=多算几步

量子计算比拼的不是主频，而是相干时间 T₁ 与退相干时间 T₂。 • T₁：|0〉与|1〉能保持多久不坍缩 • T₂：|+〉与|–〉能保持多久相位不打乱

超导铝制tran *** on的T₁目前已突破500 µs，而硅量子点通常不足100 µs。多出的这400 µs，就意味可以多跑400层量子门，相当于把一条20米跑道扩成一座百米田径场。

平面工艺+倒装焊=像拼乐高一样升级

量子芯片最怕“接不上线”。得益于半导体成熟的平面微纳加工工艺，超导电路可以在4英寸蓝宝石晶圆上一次蚀刻上千个谐振器。IBM透露，他们将在2025年发布的Condor处理器，仅倒装焊的铟柱就超过5万个——“像给每栋大楼装上隐形电梯”，工程师如此形容。

Q1：为什么不用光量子？

光量子在长距离通信上所向披靡，却缺乏确定性双比特门，只能“概率”成功，大规模纠错复杂。而超导电路的C-Z门可以一次到位，适合“先搭楼再精装修”。

Q2：是不是必须用液氦？

现阶段干式稀释制冷机已把液氦用量降到1升/年以下，和医院一台MRI持平。创业公司Bluefors的数据表明，到2030年有望把十万量子比特级系统功耗压到家用空调水平。

Q3：室温超导突破会怎样？

假设LK-99式奇迹量产，相干时间的瓶颈会从材料退相干转到电磁屏蔽；届时量子芯片或许像今天的GPU一样，摆进桌面工作站。但别忘了，《三体》里汪淼的纳米飞刃也先经历了漫长的低温实验室阶段，“任何改变世界的材料，都从一张小小的冰箱温度曲线开始”。

一张图看懂超导量子计算机架构

（文字描述供新手想象）

1. 最上层：算法层，如Shor算法、VQE
2. 中间层：编译层，Qiskit、Cirq把算法映射成门序列
3. 芯片层：超导电路层，由tran *** on、谐振腔、读出总线构成
4. 控制层：室温电子学，AWG+混频器+ADC/DAC
5. 物理层：10 mK稀释制冷机，用银金换热逐级降温

数据不是拍脑袋，有据可依

“超导量子比特的退相干主要来自电荷噪声及磁通噪声。” ——John M. Martinis，原Google量子AI首席科学家，《Nature》2019封面文章

“2024年12月，IBM宣布Heron处理器在纠错实验中将逻辑错误率降至0.1 %，这是超导路线首次跨过实用门槛。”

——《量子信息学报》2025年第1期卷首报道

把以上要素串联起来，你会突然明白：量子计算不只是计算，更是一场材料与控制的接力赛。超导就是之一棒，而且目前没有更好的选手能跑第二棒。