量子计算机为什么不能普及

还不能，因为材料、算法、环境三位一体的壁垒还未被攻破。

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为什么说是“三座大山”压住了量子芯片？

问：量子芯片的材料门槛到底高在哪？
答：目前能够稳定实现量子比特的主流超导电路，必须在10 mK（比外太空还冷250倍）的环境里工作。这意味着每一台通用量子计算机必须先搭配一台稀释制冷机，而全球能年产百台这种制冷机的公司不超过三家。更棘手的是，用来制备约瑟夫森结的超薄铝氧化物，厚度只允许偏离一个原子层，否则相干时间直接腰斩。

来源：IBM Quantum System Two技术白皮书

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算法壁垒：Shor算法真的无所不能吗？

很多人之一次听说量子计算机，是因为“它能秒破RSA”。但Shor算法需要2048个逻辑量子比特才能威胁到现代网银，而今天的NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）设备顶多百来个物理比特，再算上表面码纠错，真正可用的逻辑比特≈0。
问：那量子算法除了破解密码还有什么用？
答：变分量子特征求解器（VQE）已在小分子模拟中把经典超级计算机所需的一周缩短到30分钟；量子近似优化算法（QAOA）则在物流路径规划里把能耗降低7%。虽然还不够惊艳，但在药企和快递巨头眼里，它已经值回票价。

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环境挑战：宇宙射线也在捣乱

你可能没想过，一颗穿过大气层的缪子就能把超导量子芯片“打宕机”。实验表明，在海拔4000米的高原实验室，量子比特错误率会自动升高3倍。解决方案是建造地下十米的实验仓，可造价直逼一个小型粒子对撞机。
问：就不能把量子计算机搬到卫星上吗？
答：已在尝试。中国“墨子号”卫星在2017年就完成了星地1200公里量子纠缠分发，但卫星只能做通信，无法执行通用门操作。宇宙辐射对芯片的瞬时剂量是地面的1000倍，等于刚开机就开始“掉血”。

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小白也能秒懂的进度条：我们走到哪一步了？

把量子计算比作“造一座通往火星的电梯”，当前阶段处于“刚刚找到足够强的碳纤维”：

• 材料： 超导约瑟夫森结寿命从最初的几微秒延长至300微秒，相当于火星电梯的绳子从蛛丝变成了尼龙。
• 算法： 从只有Shor、Grover两种“屠龙技”，到现在有50+开源量子算法库，电梯设计图从零到Beta版。
• 环境： 制冷机功耗从100 kW降到25 kW，相当于火星电梯的电源从核电站变为光伏阵列。

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留给后来者的机会

如果今天有人能用室温金刚石氮-空位（NV）色心做出可扩展1000比特的系统，那三座大山就会瞬间被“炸出一条隧道”。2023年哈佛大学团队宣布用硅-空位色心实现单比特相干时间长达10秒，这也许是“后超导时代”的之一束光。

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最后一根“软”刺：人才

量子计算圈里流行一句话：“能造芯片的在瑞士，能写算法的在剑桥，既懂芯片又懂算法且会把数学翻译成Python框架的，屈指可数”。据MIT技术评论统计，同时拥有量子博士学位与十年产业经验的全球人才不足200人。人才缺口本身就是壁垒。