超导量子计算团队入门指南

超导量子比特如何“活”得更久？这是中国科学技术大学潘建伟组最常问自己的问题。答案藏在三台阶式工艺里：高真空靶材、深紫外光刻、激光退火。

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超导量子计算到底是什么？

对小白来说，它像把冰箱里的超导铝做成人造原子。电流顺时针+逆时针同时存在的叠加态就能编码1个量子比特。关键在于温度降到10 mK，让电子结成库珀对，电阻瞬间归零。

为什么要冷？因为热量会让量子态“热蒸发”。“零电阻”的代价是“零扰动”的环境。——约翰·巴丁在演讲稿里写下的这句，后来被刻成贴纸贴进实验室的冰箱外壳。

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一支典型团队的分工长什么样？

1. 材料工程师：把5 nm的氮化钛镀膜做到面内粗糙度< 0.2 nm。
2. 低温物理学家：用稀释制冷机造出< 15 mK稳定温度，连续跑72小时不掉档。
3. 量子软件栈：将微波脉冲翻译成π/2旋转门，再封装成QuSL这种自建脚本语言。
4. 纠错理论组：用表面码给127比特芯片算“错误预算”，平均每千个门失误<1次。

我在参观IBM Quantum Network体验室时，一位来自日本东北大学的博士打趣：“没有凌晨两点的液氦加注，就没有上午十点的实验进度。”团队轮班文化直接决定了量子比特寿命的天花板。

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为什么大家扎堆选“超导”而不是光量子？

原因一：工艺复用 超导线路直接沿用CMOS工厂的200 mm晶圆设备。IEEE Spectrum 2024报告指出，相比离子阱每台千万美元，超导流片成本降到< 1万美元/片。

原因二：门时间短 π脉冲只需20 ns，而受控Z门控制在30 ns。光量子往往需要μs级干涉稳定。

原因三：片上集成 谷歌Sycamore把耦合器、读出腔、控制线一次性做到22 mm×17 mm芯片上。

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新人如何零门槛观察超导实验？

Step1 预约中科院计算所“超导云平台”，注册后获赠30分钟机时，跑一轮Grover搜索。

Step2 下载KLayout查看开放PDK（Process Design Kit），照着教程画一条tran *** on的交叉电容。

Step3 参加每周五B站直播的“液氦故事会”，实测温度曲线的弹幕答疑。

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2025算法更关注哪些实验细节？

微波线噪声底：低于-130 dBm/Hz才不被算法判为“无效数据”。

准粒子中毒率：用Infrared pump-probe探测芯片是否被高能宇宙射线击中。

铜盒屏蔽层厚度：> 2 mm才能将环境磁场削弱至<0.1 μT，保障T1>100 μs。

有趣的是，《量子电动力学讲义》中费曼那句“自然并不荒谬，只是微妙”在实验室墙面被改成了中文毛笔：“噪声不荒谬，只是还未滤净”。

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个人对入门小白的两条锦囊

别急着买低温冰箱 先把Qiskit Metal跑熟，用7 K室温铜腔仿真把谐振频率误差降到< 5 MHz。省下200万人民币也能入门。

把量子力学看成“波一样的会计” 量子门就是给“会计账本”做加减乘除；噪声则是调皮的小数点；而纠错码是把账本锁进保险箱，定期用3把钥匙（X, Z, Y）抽查。

数据预告：

arXiv:2504.06788里，一支初创团队宣布在200 mm CMOS线上成功跑出256比特全耦合超导处理器，并在5月22日公开全流程视频。我已申请首批旁听券，届时会带来一条只有24小时存活期的实验日志。