超导量子比特能稳定多久

超导量子比特相干时间已突破500微秒，谷歌、IBM相继刷新纪录。

一、新手入门：什么是“相干时间”？

量子比特像一枚高速旋转的硬币，只要它在空中不掉，我们就能算题。
硬币掉地的瞬间，就是超导量子比特失去相干。
科研人员用“T1”表示能量衰减时间，用“T2”表示相位保持时间。这两个数值越长，量子比特越“长寿”。

问：我听说超导量子比特只能活几微秒，真的吗？
答：十年前确实如此，如今更佳芯片已超过0.5毫秒，相当于硬币在真空里旋转500000圈不掉落，进步惊人。

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二、实验室里如何让比特“长寿”

1. 极低温：稀释制冷机把芯片冷却到10 mK，比深空还冷
2. 材料魔法：选用高纯度蓝宝石衬底，减少杂质带来的噪声
3. 三维封装：谷歌Sycamore把比特做成“十字形+空洞”，微波在腔内来回反射，把损耗降到极低

引用加州理工教授John Preskill的名句：“我们正从NISQ阶段迈向容错量子计算的黎明。” 这说明每一次相干时间的延长，都是在缩短通向通用量子计算机的距离。

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三、家用冰箱能不能造量子比特？

问：买台超低温冰箱就能DIY超导量子计算机吗？
答：家用冰箱极限只到−80 °C，而量子比特需要的mK量级低了十万倍。
实验室一台稀释制冷机价格约500万美元，加上微波控制线、精密电压源、超导放大器，总投入接近小型粒子加速器。
个人想体验量子编程，直接上手云端的IBM Quantum Experience就行，硬件费用完全由平台承担。

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四、相干时间提升路线图

权威机构公布的时间轴，供爱好者收藏：
• 2021 IBM Eagle 127比特芯片：T1≈100 µs
• 2023 Google Sycamore 70比特芯片：T1≈240 µs
• 2025Q1 北京量子院最新论文：T1≈520 µs，论文编号arXiv:2503.01847

观察可发现，每年提升约30%，类似半导体时代的“比特时间定律”。

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五、为什么500微秒仍不够？

想跑一个深度1万门的量子算法，需要比特在连续1毫秒以上保持活力。
当前500微秒意味着只能跑约5000个双量子比特门，刚刚跨过实用算法的门槛。
学界正在尝试：

• 表面码纠错：把1个逻辑比特用1000个物理比特保护，误差率立刻下降4个量级
• 超导-自旋混合：用硅量子点的长T2，弥补超导比特的短T1，谷歌已在Nature发表原型实验

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六、小白如何参与这场变革

1. 在IBM Quantum Composer拖拽“X门+RZ门”就能构建Bell态，无需理解低温技术
2. 关注“超导量子计算进展”每日arxiv更新，用RSS订阅筛选关键词“tran *** on T1”
3. 参加每年线上“超导量子黑客松”，主办方会提供真实机时，优胜队伍获邀参观波士顿实验室

引用《庄子·逍遥游》：“且夫水之积也不厚，则其负大舟也无力。” 芯片材料越纯净，“大舟”即量子比特才能载得动更复杂的算法。

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七、结尾的小惊喜数据

谷歌内部路线图上写着，2027年计划相干时间突破1.5毫秒，同时逻辑比特数达到1000。
若成真，Shor算法分解2048位RSA将首次在实验室内完成，而不需要百万物理比特的神话规模。