超导量子计算北京量子院（北京量子院超导量子计算入门教程）

八三百科科技视界 2025-10-23 07:30:01 3

北京量子院超导量子计算入门教程

北京量子院已在中国首条半导体产线上跑通可交付的24比特超导芯片，目前不对外开班，但公开课件足够零基础者入门。

超导量子计算到底是什么？

我自己之一次听到“超导量子计算”时，脑海里蹦出的画面是——一块泡在液氦里的小芯片，在零下两百多度里“嘭”地发出蓝光。真正接触后才发现，超导量子比特其实是一块微米级铝膜电路，在10 mK的极低温下呈现宏观量子态。之所以叫“超导”，是因为整块电路的电阻降到了零，量子信息可以在其中几乎无损地旅行。
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问：北京量子院为什么选择铝膜而不选铜？
答：铝在10 mK能形成稳定的库珀对（Cooper pairs），是天然的“量子二能级系统”；铜在这个温度仍旧是正常金属，噪声太高。

（图片来源 *** ，侵删）

24比特超导芯片长什么样？

官方给的芯片照片只有一枚邮票大，但内部结构层次分明：

传输子型比特：由交叉指电容和约瑟夫森结并联而成，单比特相干时间达130 μs。
共面波导谐振腔：用来做读出，类似把量子位转换成微波信号的天线。
可调耦合器：用来实现两比特受控Z门，开关比大于30 dB。

分割线 ———————— 问：小白能看到真实的芯片吗？答：北京量子院官网每年4月科学节会开放云参观，用显微镜实时扫芯片并讲线路布局，完全免费。

一台稀释制冷机多少钱？

根据2024年国内招标数据，Bluefors LD-400型（可装100比特以上）单台接近1400万人民币。科研圈流行“拼单”，量子院与两所高校共用同一台主机，轮流测芯片，把每日机时压到5000元。
引用《量子力学的奇妙故事》一句话形容这种场面：“当资金极度有限，合作便成为第二宇宙速度。”

从零开始的实验流程

设计电路图：使用Qiskit Metal画版，自动生成可投片的GDS文件。
流片加工：委托中科院微电子所8英寸CMOS产线，14天可回片。
芯片“开嗓”：先跑Rabi实验看比特是否存活，再测量T1与T2。
校准门操作：借助AllXY序列调好单比特门，用交叉熵法优化两比特门保真度。
跑量子算法：用Grover搜索或Bernstein–Vazirani算法验证整机性能。
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问：没流片机会怎么办？
答：直接用超导量子云。北京量子院在“国盾量子云”上线24比特，注册账号就能提交线路，每月赠送20万shots，足够跑通小Demo。

新手最容易踩的三个坑

以为比特越多越强，实际100比特的芯片若门保真度只有95%，整体保真度会跌到0.95^100 ≈ 0.6%，运算几乎不可用。
忽视脉冲波形校准。脉冲长度差0.5 ns就可能让X/2门变成X/1.8门，算法瞬间崩。
把低温系统当“冷冰箱”。稀释制冷机抽真空阶段如果没充氦气隔压，机械泵油蒸汽会倒灌，直接报废价值百万的混合室。

我学到的实用技巧

有一次凌晨两点我在云上做实验，Grover迭代次次失败，查代码没毛病。后来发现是自己把测量校准的基准态设反了，比特处于|1⟩却被系统标成|0⟩，概率反转导致搜索方向南辕北辙。自那以后，我养成习惯：跑算法前先在一张草稿纸上手 *** 值表，再对着电脑输入，减少“脑子转太快手指跟丢”的尴尬。