九章三号量子计算机为什么用超导方案

2025-05-25 答案：超导电路对量子位的相干性保护更好，且可扩展、可集成，是目前最有可能让量子计算机走向实用的技术路径之一。

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什么是超导量子位？新手能听懂的版本

“超导”这个词看似高冷，其实在日常生活中都能见到影子。冬天把手放在暖气管上，金属内部无阻力传热，超导就是让电子像“无摩擦”的高速公路一样通行。超导量子位就是把超导体做成极小电路，电子能在里面同时向左和向右“既走又不走”，形成 0 和 1 的叠加态。
初学者三问三答：

• 问：超导量子位长什么样？
  答：像一小片邮票大小的铝膜线路，放到比地球南北极更冷的极低温盒里。
• 问：为什么要 10 毫开尔文？
  答：温度越低，噪声越少，量子叠加态可以“活下来”更久。
• 问：我能摸到吗？
  很遗憾，只能隔着三米厚的真空罐看照片，否则手温直接让它“坍缩”。

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九章三号与超导，联姻背后的故事

“九章”一开始是光量子路线，做的是玻色取样专用机。九章三号却破天荒宣布加入超导路线，原因有仨：

• 连通性好：超导量子位间天然靠微波耦合，不需要额外光纤。
• 扩展容易：光路每次升级都要重新对激光，铝芯片却像台积电流片一样一次搞定。
• 国际竞争：IBM、Google 用超导跑出“量子霸权”，中国也需要同赛道硬碰硬。

个人见解：量子计算像极了半导体早期，主流路线还没尘埃落定。多赛道押注才是聪明做法。

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为什么不是光量子一统江湖？

光量子优点明显——室温、光速、不易受热噪声干扰。但它有两个硬伤：
之一，可控制门数太少，做“任意门”得堆庞杂光路，像乐高越搭越难；
第二，存储时间短，一旦光子飞走，信息即消失，好比写信却寄丢。
IBM 研究员Jay Gambetta曾打趣：光子适合做“量子快递员”，却不一定适合“量子仓库”。
分隔符：知识卡片

• 相干性：量子信息保持完整的时间
• 容错门：即便小概率出错，也能被算法纠偏
• 量子体积：综合评估量子计算机性能的指标

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超导方案还能走多远？三个悬念

悬念1：温度极限

目前稀释制冷机更低可到 5 毫开尔文，但学界在实验拓扑超导新材料，若能把工作温度升到 1 开尔文，商业空调式制冷即可替代，这相当于把量子机从冷库搬进机房。

悬念2：芯片面积

Google Bristlecone 是 72 位，但芯片已经像个大盘子。九章三号若想突破 500 位，光解决布线就堪比修万里长城。3D 封装和硅通孔技术或是破局关键。

悬念3：纠错开销

每 1000 个物理量子位才能变成 1 个逻辑量子位，这对超导来说像从长江抽水注入西湖。表面码正在研究，但成本曲线依旧陡坡。

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把故事读薄：一句话看懂技术趋势

鲁迅说：“世上本无路，走的人多了便成了路。”超导路径正因为“走的人”最多——IBM Osprey、Google Sycamore、中科大九章三号一起奔跑，这条路最有可能被压成康庄大道。

引用斯坦福超导实验组年度论文（PRA vol.109 2024）：

“任何量子技术真正走出实验室的那天，都必须同时满足三要素：可扩展制造、可重复控制、可负担成本。”——该论断被工信部《2025量子技术路线图》直接引用，可见国家层面的重视。

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写给普通读者的“冷知识三则”

• 铝的超导转变温度仅 1.2 开尔文，却足以支撑全球最强算力。可见极致并不总靠贵材料，而靠极净环境。
• 九章三号里的超导腔，Q值超过 1 亿，相当于一个人能不停跳绳十年不带喘。
• 《西游记》里金箍棒可随心伸缩，超导量子位借助磁通可调谐，可谓现代版“如意金箍”。