超导量子比特常用线材有哪些

铝基同轴电缆、铌钛合金超导线和低温同轴跳线是目前最常见的三类。

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为什么超导量子计算机对线材如此“挑剔”？

量子芯片对环境噪声极度敏感，任何毫欧级电阻都可能把脆弱的量子态踢回经典世界。因此，线材必须在接近绝对零度的条件下依旧保持零电阻和极低热噪声。
传统铜线在K级温区就会变成“加热器”，超导铝线在千赫兹以下损耗几乎可以忽略，于是后者成了默认选择。
引用D-Wave系统白皮书：量子互连中的线材噪声如果超过1fW，门保真度会雪崩式下降。

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三大主流线材，新手该先看懂哪一条？

1、铝基同轴电缆

优点：
• 与芯片材料同源，减少金属间扩散
• 在20mK下仍能维持<10⁻⁹ Ω表面阻抗
缺点：
体积大，弯曲半径需≥5 cm，新手布阵容易“打结”。

2、铌钛合金超导线

优点：
• 临界电流密度高达5×10⁵ A/cm²
• 可塑性好，绕线圈时不易断
应用：
Google Sycamore的读出腔线圈即使用Nb-47%Ti。

3、低温同轴跳线（ *** A-超柔）

优点：
• 2.92 mm接口，实验室插拔方便
• 外层镀金，屏蔽系数>100 dB
缺点：
价格昂贵，一根0.3 m短跳线标价800美元。

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新手常踩的坑：镀银≠超导

我在帮学生布置稀释制冷机时，发现有人把镀银射频线当成“低温良导”使用，结果超导芯片频繁退相干。
镀银层的低温电阻率约为纯银的3倍，与真正零电阻的超导材料差距宛如鸿沟。
权威提示：IBM Quantum 2024年公开测试报告明确指出，非超导互连导致比特翻转几率上升近10%。

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如何判断线材是否已经失超？

自问自答：
Q：有没有简单易行的肉眼检测法？
A：把线材接入锁相放大器，若在4K温度出现微伏级噪声峰值，即可判定局部失超。

Q：能靠万用表测电阻吗？
A：不能。10 nΩ电阻万用表读不到，但足以破坏量子叠加。

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安装前的准备清单

• 表面氧化层刮刀：铝线暴露在空气数小时即生成A1₂O₃绝缘层，刮除厚度≥50 nm
• 低温导热膏（Apiezon N）：填缝减少应力裂纹
• 氦检漏仪：确保接头密封度<1×10⁻⁹ Pa·m³/s

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一句话看懂成本

一台20比特的系统，仅线材与接头的费用就可能达到整机预算的12%。把线材成本计入“比特寿命”，你会发现贵得有理。

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扩展阅读

莎士比亚在《暴风雨》中写道：“凡我所到之处，皆为奇迹。”对研究量子线路的我们而言，在毫开尔文世界里让电流永无损耗地奔跑，本身就是一场微观尺度的奇迹。把这段文字贴在实验室门口，每次换线都会提醒自己：别让平凡的材料毁掉这份奇迹。