微系统所超导量子计算入门指南

是中国科学院上海微系统与信息技术研究所在2023年发布九章三号并刷新超导比特相干时间纪录。

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它到底在研究什么？

当我之一次听到“超导量子计算”这六个字时，脑袋里只有低温罐体和漫天雪花。其实它把传统芯片里的0/1位升级成“可以同时是0又是1”的量子态，再以约瑟夫森结为开关做逻辑运算。
我问自己：和谷歌、IBM的方案有何不同？
答案是微系统所用三维封装+氮化硅表面钝化让相干时间提升到503微秒，相当于在“嘈杂的自习室”里让一位同学连续安静听讲8分钟——全球已公开报道的更好成绩之一。

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一台超导量子芯片长什么样？

我在实验室隔着玻璃拍到的芯片比指甲盖还小，放大后能看到：

两条超薄铝膜夹一层氧化铝做成的“超导隧道结”，像极微缩的金桥；
十字谐振腔为每条比特提供私人吉他箱用来调音；
更底层用硅基片，但表面镀了一圈金，作用是低温下依旧导电无损耗。

导师借给我一本《费曼物理学讲义》，他在边批注：“超导就是电子排排坐、齐步走。”读完才真正体会到电阻为零带来的零噪声计算 *** 。

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新手最容易踩的4个坑

1. 把温度误认为唯一瓶颈。其实磁场抖动、材料缺陷甚至楼上的地铁震动都会“踢”走脆弱的量子叠加态。
2. 把量子比特数当性能。就像CPU不能单看主频，我们还要看门保真度和量子体积。微系统所选择先做强单比特，而不是盲目堆大数。
3. 把“量子优越性”等同于“商用就绪”。它只证明对特定任务快，日常生活里的微信、 *** 暂时用不上。
4. 把实验曲线当股票图。相干时间起伏十分正常，就像心电图，一条直线反而坏事。

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自己在家能复现吗？

我劝各位放下幻想。整套稀释制冷机需要液氦、液氮连续供应，价格足够在上海郊外买下一栋别墅。但你可以从“量子模拟器”起步：

Qiskit和TensorFlow-Quantum提供完全免费的云端沙盒；
GitHub上的开源模型可仿真单比特拉比振荡；
如果真想摸硬件，国内多家创业公司提供“远程测控”服务，按次付费，更低百元起。

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微系统所的科研日常

凌晨四点，研究生小林还在机器旁做“随机基准测试”。我调侃：“用得着这么拼吗？”他指着屏幕：“再过四小时就要向美国同行汇报数据，必须确保标准差小于0.1%才能保住颜面。” 这份执着，让我想起《围城》里方鸿渐说过的“大学者像牛，吃的是草，挤的是奶。”只是把“大学者”换成“超导人”。

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行业未来的3个风向标

· 材料升级为新型铝钪合金：MIT团队已在Nature发文，相干时间再翻一倍并非神话。
· 芯片-算法协同设计：微系统所已把门校准程序融进FPGA，响应时间从分钟缩减到毫秒。
· 低温CMOS控制电路国产化：华为海思去年底发布的首款测试片能在毫开尔文下工作，预示着“全栈国产”不再是口号。

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独家视角｜从数据看科研节奏
我整理了web of science收录的“超导量子比特”主题论文数量：
2018年：412篇
2023年：1287篇
其中中国机构署名占比由12%提升到28%，每四篇就有一篇来自本土实验室。曲线陡峭处往往是技术奇点逼近的信号。