美国量子超导计算机如何工作

能。它借助超导回路制造宏观量子叠加态，使用约瑟夫森结代替传统晶体管，在仅比绝对零度高一些的极端低温下完成“量子比特”操控，通过特定算法实现远超经典芯片的并行计算。

为何超导技术成为量子竞赛的主赛道

量子计算路线众多，离子阱、光量子、硅自旋各有千秋。IBM、Google、Rigetti 之所以选中超导，原因其实不神秘：

1. 芯片工艺可复用——半导体工厂只需稍加改造即可流片。
2. 门操作速度快——单量子门仅需10-20纳秒，比离子阱快十万倍。
3. 可扩展性好——目前记录已是百量子比特以上，其他路线尚未突破千位门槛。

——如《道德经》所言“大道至简”，超导看似复杂，却更大限度地借用现有供应链，这就是它的“简”。

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约瑟夫森结：微型“量子开关”长什么样

有人问：一个量子芯片和显卡比谁大？答案让人意外——Google Sycamore 原型的面积不到一张公交卡；其上最显眼的是密集排列的“十字形”金属片，这就是约瑟夫森结。当两片超导铝被一层原子级氧化铝隔开，电子就能“穿墙而过”，产生量子隧穿效应，从而得到可控的两能级系统，也就是量子比特。
个人观察：之一次在美国纽约州 Yorktown Heights 的 IBM 实验室内用显微镜看它时，我以为自己在看一块马赛克壁画，科技感被艺术的错觉掩盖了。

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量子纠错有多烧钱

错误率是量子计算更大的敌人。Google 在 2023 年公布 Surface-17 逻辑比特的实时纠错结果： 每千次门操作就出现一次退相干。为了凑出一次无错计算，需要把物理比特的数量扩大十到百倍，目前一台千比特机柜的造价已超两千五百万美元。 引用《经济学人》专栏的比喻：这相当于用一整车金条去铸一把宝剑，剑锋利，却重得难以挥动。

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零门槛小实验：在家“云玩”量子超导机

1. 打开 IBM Quantum Experience 官网。
2. 注册后即可拖拽图形化门电路。
3. 点击 Run，你的任务就会被排进 IBM 的稀释制冷机队列，真正在 -273.09 °C 的环境跑代码。

小贴士：凌晨三点提交任务，队列最短，我曾用 8 秒拿到结果——比我家附近的便利店收银还快。

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中国追赶的步伐有多近

《科学》杂志今年封面文章指出，合肥本源超导量子芯片“悟空芯”已实现 72 比特相干时间 110 微秒，与 IBM 前年数据齐平。区别在于制冷方案：美国普遍使用氦-3/氦-4 稀释制冷机，国内部分实验室改用氦再凝华技术，把日常维护成本砍下了 30%。个人看来，中国并非单纯复制，而是“农村包围城市”，在下沉成本上找突破口。

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量子霸权争议背后的冷思考

当年 Google 声称用 200 秒解决经典超算万年难题，遭到 IBM 反驳：经典算法只需 2.5 天。
我观点——真正值得关注的并非秒杀时间，而是问题本身的价值。如果量子芯片只能验证数学上的随机电路采样，而不触及药物分子模拟、电力系统优化，那它仍然是实验室里的“豪华玩具”。

不妨借用列夫·托尔斯泰《战争与和平》的一句话：“最伟大的事件，并非那些引起喧嚣的时刻，而是悄无声息地改变世界的过程。”量子超导计算机若想改变世界，必须走出“霸权”口水战，成为工程师手中的日常工具。

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三年后的职场新岗位正在诞生

随着美国能源部宣布建设三座面向产业的量子数据中枢，“量子冷却运维师”“超导排线 *** ”被列入 O*NET 职业数据库，年薪中位 12 万美元。对于非博士的小白而言，熟练掌握氦液化器的操作流程，可能比精通量子傅里叶变换更容易拿到入场券。
我已在 Coursera 上跟进 MIT 最新课程《Cryogenic Safety for Quantum Engineers》，作业里最让人头皮发麻的并非是公式，而是如何穿着三层防护服在 30 秒内拧紧一个真空接头。

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给入门者的一条学习捷径

先学会经典模拟，再去摸真机。
推荐 Qiskit、Cirq、QPanda 三套框架，本地用 GPU 跑 20 量子比特模拟，只需一张普通游戏显卡。把贝尔态、格罗佛搜索、QAOA 亲手跑通之后，再上真机——你会发现，屏幕虽然隔着云端，心跳却在感受零下 273 度的寒意。