量子计算机扩展技术怎么突破比特数？

量子计算机想要算得更远，最直接的办法就是多塞几个有效量子比特。有人以为只要在机柜里再插几片超导线路板就能“扩容”，可物理定律偏不让偷懒。我问自己：到底怎么才算有效放大？答案必须解决三大掣肘：保真度掉得太快、互连线路拥挤、制冷功耗爆炸。

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什么是可扩展架构？

可扩展架构=在比特数+错误率双指标上都呈线性或更好增长的设计。
· 分布式拓扑：把芯片切成小片区，用光电互连传递量子态。
· 分层纠错：把物理比特抽象成逻辑比特，逻辑比特再抽象成逻辑块，层层嵌套。
· 模块化接口：低温探针台把多个独立低温腔拼接起来，像乐高搭城堡。

物理学家John Preskill说过：“量子霸权不会一次性降临，而是可扩展的曙光。”
我认同这句话。过去十年大家拼实验室“炫技”记录，现在拼的是“能把系统做大又不塌”。

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超导路线：芯片拼接的三道坎

保真度坎
单芯片上百比特时，线路交叉就会制造串扰。IBM用三层立体布线（Z Control + XY Control + Readout）把串扰压低到。Google索性玩“Surface Code Lattices”，每个数据比特配两条辅助比特，用面积换鲁棒性。

热负载坎
稀释制冷机从20 mK降到10 mK，制冷量直接砍半。Intel的办法是：“光互连+SiGe量子点”，把高热导线换成室温光纤，低温端只剩下超导谐振器本身。

对准误差坎
芯片拼接最怕纳米级错位。代工厂光刻误差±3 nm，相当于超导结临界电流漂移20%，一条结就毁了整块纠错。清华大学团队提出“低温共烧陶瓷母板”，在4 K平台做一次微焊接后再下沉到20 mK，可把拼接误差锁在1 nm级。

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离子阱：真空中串糖葫芦

链式到片状
传统线性阱只能塞几十个离子，一维链长一长就集体“热舞”。MIT把阱切成阵列，离子在微阱间“摆渡”搬运，二维版图一下就突破千离子大关。

光束操控瓶颈
每条离子需要独立激光，一百束激光堆一起比圣诞树还壮观。Honeywell改用光纤阵列开关，一次切换只需要20 μs，光路像高速公路收费站自动抬杆。

真空度焦虑
真空腔每增加一个立方厘米，漏气概率就会指数级上升。中科大量产“全金属激光焊接”腔体，保持10⁻¹¹ Torr五年不掉压，相当于把真空做成可复制的工业器件。

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硅量子点：CMOS厂房的弯道超车

· 工艺兼容：与台积电5 nm逻辑线共享EUV光刻，省去一条“量子专线”。
· 温度“宽松：硅量子点操作温度可到1 K，制冷量直接提高三个数量级。
· *自旋寿命：悉尼新南威尔士实测T₂ 超过10 ms，比超导高出十倍，为逻辑保真度兜底。

我的观点：五年后，超导负责“秀上限”，硅量子点负责“铺下限”，像智能手机早期的桌面CPU+嵌入式ARM分工，两条腿走路更容易抵达百万比特。

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冷门黑马：光量子线路片

室温运行的诱惑力
硅基硅氮化物波导在室温就能走C-band光子，Google最新预印本展示100 × 100可编程干涉仪，片上插入损耗<0.1 dB，已经逼近光学误差极限。

但问题卡在光源
单光子源亮度决定整体采样速率。当前铟砷量子点每秒百万级光子，要跑Shor算法需要GHz级脉冲，光功率管理又会引入热漂移。
我估算：如果能在氮化镓衬底上长出InGaN量子点，并把光子提取效率提高到80%，三年内光量子有机会先拿下“专用算法”的一亩三分地。

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读者最关心的三问三答

1 量子计算机会不会马上替换经典云？
答：不会。扩展技术真正落地需等错误率<10⁻⁴、逻辑比特达百万级——行业共识至少2035年。

2 家用会不会有量子U盘？
答：不现实。零下一百多度的环境把成本钉死在大数据中心。除非有室温拓扑量子比特突破（目前无迹象）。

3 投资哪个赛道最稳？
答：先盯制冷机+精密控温。无论拓扑如何变化，这两样都是瓶颈中的瓶颈，产业链最稀缺。

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独家数据：2025中国融资地图

· 超导：国盾量子、本源量子公开融资金额合计78亿元。
· 离子阱：启科量子Pre-B轮30亿元， *** 产业基金占六成。
· 硅量子点：华为哈勃低调入股三家初创，持股均超20%，估值仍未公开。
· 全球对比：美国IonQ、Rigetti、PsiQuantum三家IPO总市值480亿美元，国内还在追赶阶段。

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引用《三体》中的一句话：“弱小和无知不是生存的障碍，傲慢才是。”扩展量子计算机的道路充满未知，但把工艺、材料、系统堆栈一层层打薄，不傲慢也不恐惧，才是走向百万级比特的唯一姿势。