超导量子计算机工作原理是什么

超导量子计算机靠超导电路“存”住量子叠加态，再用微波“弹拨”量子比特实现计算。

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为什么叫超导？和家里电线有啥不同？

• 零电阻：在绝对温度毫开尔文级，电子抱团形成库珀对，电流可以永远循环不发热。
• 磁悬浮现象：迈斯纳效应让超导体排斥磁场，这也是磁悬浮列车同款原理。
  引用《费曼物理学讲义》观点：超导态是宏观量子现象，整束电子像一个“巨人”步调一致。

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量子比特长什么样？真有三头六臂吗？

超导量子比特（qubit）只是一块铝制微带线加约瑟夫森结。
自问自答
问：为什么不是硅片？
答：铝在低温可达超导，且与硅兼容，可沿用半导体工艺批量制造。

• 约瑟夫森结：两块铝电极间插入1纳米氧化铝，电子能以“隧道”方式过墙，产生可精密调节的非线性电感。
• 宏观量子态：电流可同时顺时针+逆时针，形成猫态，这是“0+1”叠加的物理实现。

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读出结果会不会一眨眼就塌了？

• 退相干时间：目前IBM、Google的更好器件能维持100μs左右。听起来短，但单次量子门只需10–20ns，可跑上千次操作。
• 量子读取放大器：采用Josephson参量转换器（JPC）将微波信号提级到室温示波器能识别的毫伏级，整个过程对超导腔耦合度极度“斤斤计较”。

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谁在真干？进度条拉到哪了？

• 2023年末，Google公布旗下最新70比特“垂柳”处理器，量子体积（QV）突破10^6。
• IBM在2024年路线图给出：
  1. 133比特Herdle（2025）
  2. 1386比特Kookaburra（2027）
     中国科学院潘建伟团队则用祖冲之三号完成56比特随机线路采样，再次刷新光量子与超导路线争议。
     本人观点：超导路线更大短板是稀释冰箱——一台制冷机造价=北京三环一套房；但好处是“芯片在手”，未来像台积电一样做量子代工厂并非科幻。

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初学者如何亲手摸到量子比特？

• 开源方案：
  Qiskit-metal + Ansys可仿真超导版图。
• 低成本实验：
  用二手稀释冰箱（约50万人民币）加国产约瑟夫森结，可在大学实验室造出2比特演示机。
  《三体》里云天明的阶梯计划，用的是纳米帆；今天的我们，用纳米约瑟夫森结丈量宇宙。

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风险与展望一句话提醒

超导量子计算仍面临低温门槛和纠错墙，但一旦跨过，加密时代的所有密码，将在一小时内被重新书写。