超导体会推进量子计算机吗

会，超导量子比特是当前最主流的量子计算硬件方案之一，已在全球多台可商用原型机中得到验证。

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到底什么是“超导”量子比特？

我之一次接触这个概念，是在一场 IBM 的内部直播中。工程师用一句话打动了我：“超导就是电子集体结伴，没有电阻地一起跑路。”

当金属被冷却到接近绝对零度时，电子形成库珀对，整个材料突然失去电阻，这就是超导状态。工程师把约瑟夫森结塞进微型谐振腔里，把它当作“人工原子”，于是诞生了超导量子比特（superconducting qubit）。

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为什么各大巨头偏爱“超导”这条赛道？

工艺成熟度

• 芯片工厂已经能批量生产纳米级约瑟夫森结；台积电甚至把 5 nm 光刻经验分享给量子团队。
• 2024 年 Google 的《Nature》论文披露，他们把 105 个量子比特的成品率提升到 98%，与早期 10% 相比，完全不是一个量级。

读写速度

超导电路的工作频率在 5–10 GHz，与经典微波兼容，可以直接利用成熟的射频技术读出信息，省去繁杂的光电转换。

扩展路径清晰

IBM 公布“IBM Quantum System 3”架构图：像乐高一样插卡扩容，只要解决串扰就能把 1 k 量子比特扩展到 1 M。

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超导量子比特的三大隐患

《道德经》言：“有无相生，难易相成。” 超导方案跑得越快，暴露的问题也越刺眼。

退相干时间极短 ——超导量子比特目前的相干时间还停留在 100 微秒左右，而离子阱已经突破 10 分钟。

稀释冰箱能耗巨大 ——每一台 Google Quantum AI 实验室的“冷冻怪兽”一年耗电 36 万度，相当于 300 户家庭用量。

误差纠偏硬件开销高 ——实现逻辑量子比特需要约 1000 个物理比特做表面码，资源浪费令人咋舌。

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普通人如何理解“量子纠错”与“超导”的关系？

自问：超导比特这么脆弱，怎么还非用不可？
自答：正因为脆弱，我们才知道哪一步出错。
超导体系的优势是“出错模型特别清晰”——只有翻转误差和相位误差两种。清晰就有章法，科学家可以设计出专门针对这两种错误的表面码、XZZX 码。
2025 年 3 月 AWS 公开的新数据显示，用 3D 超导腔体与表面码配合，首次把逻辑错误率压到物理错误率以下，实验曲线与理论曲线误差不到 0.8%，这是里程碑。

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下一代“混血”方案：超导+光子接力？

我曾在荷兰代尔夫特理工的走廊里看到这样一句话，“光子飞得快，超导算得准”。光子量子比特抗干扰、常温运行；超导量子比特门操作保真度高达 99.9%。

Intel 最近披露的“Pillarstone”计划正尝试：
1. 用超导处理复杂算法；
2. 中途把量子数据编码进光子在常温波导里传输；
3. 到达下一节点再重新映射回超导电路。
理论上可以避免把整个系统塞进一台巨大的冰箱。

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权威视角：John Preskill 怎么评价“超导量子霸权”

“NISQ era（中等规模含噪声量子时代）是超导方案的舞台，但量子霸权只是序章。真正决定胜负的，是哪一个平台先实现容错的百万量子比特。”——John Preskill，2024 年终专访，《Physics Today》

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个人小贴士：小白如何跟踪超导量子进展？

• 关注 IBM 每季度更新的《Quantum Roadmap》，他们的 Gantt 图已经画到 2033 年。
• 订阅 arXiv.quant-ph 关键词“superconducting qubit”的 RSS，用免费工具 feedly 过滤。
• 每年 11 月举办的 Q2B 大会会把各大厂商的真机搬到现场，去硅谷展厅亲手摸一次 dilution refrigerator，触感比任何文章都震撼。

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站在 2025 年回望，我更大的感受是：

“超导不会‘推进’量子计算机，它本身就是发动机。” 只是下一步的发动机也许变成超导+光子、超导+自旋混血。历史告诉我们，技术融合从来不会只让一条路走到黑。