量子计算常温超导到底多难?新手也能看懂
可以实现,但现阶段只能在超低温环境下运行。为什么大家总把“量子计算机=常温超导”?

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我刚做技术科普时,最常遇到的一句话是:“量子计算不是要用超导量子比特吗?常温超导一突破,是不是就能在客厅抱着量子计算机打游戏?”听起来美好,却忽略了物理门槛。超导材料要实现零电阻,必须让电子形成库珀对并稳定流动。传统低温超导临界温度只有几个开尔文,实验室得像金庸笔下的“冰窖”才能维持;至于高压室温超导新成果,距离可规模化、可集成的器件仍隔着一座山。
常温超导真能解决所有问题吗?
不,它更像一把钥匙而非保险箱。
1. 能量损耗:量子芯片若能在30-50 K运行,制冷机成本直接腰斩,谷歌和IBM每年节省的电费就超千万美元。
2. 退相干时间:温度升高,热噪声变强,量子态会更快崩溃,相当于刚写好的日记立刻被雨水打湿。
3. 控制精度:目前的超导方案靠微波脉冲调节比特,温度升高后脉冲会被噪声淹没,需要额外的误差纠错。
一句话:降温是为了“安静”,高温反而让量子对话更吵闹。
哪些材料在逼近室温?
- 铜基:La-Ba-Cu-O系仍是更高Tc超导体家族,但需高压。
- 镍基:与铜同族的稀土镍氧化物,2023年华科大实验将Tc拉到-23 ℃,高压依旧存在。
- 氢化物:高压氢化镥-氮-氢体系曾刷屏,临界温度可达20 ℃,但需100多万倍大气压。
引用《自然》期刊2024年综述:“高压超导之路,材料已突破,器件工程师仍未跟上节奏。”
换句话说,材料学霸交出答卷,芯片学霸还在算草稿。
个人实验笔记:厨房也能摸到“量子”

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去年我在阳台搭了一个简易液氮冷却装置,把钇钡铜氧带材降到77 K后,用磁铁演示了“悬浮魔术”。孩子问:“这就是量子计算吗?”我回答:它只是超导现象,不是量子计算本身。要造量子比特,还需让约瑟夫森结在相干性、可扩展性和可寻址性之间找到平衡。
三问三答:小白关心的一切
常温超导一出,显卡是不是全淘汰?
→ 不可能。图形渲染仍是经典问题,量子擅长的是组合优化和蒙特卡洛模拟,例如药物合成路径规划,而非每秒60帧的渲染。
普通人多久能用上室温量子笔记本?
→ 按目前进度,十年以内见试验机,三十年内看不到量产机。就像从贝尔实验室晶体管到iPhone,花了将近60年。
政策在推量子,我学物理还有出路吗?
→ 绝对有。美国CHIPS法案、欧洲量子旗舰、中国东数西算,都把高端物理人才列为刚需。引用《周易》:“穷则变,变则通。”早布局就早掌握议价权。
下一步观察清单
- 2025-2027 年:IBM与Rigetti计划试产50K左右的高Tc超导芯片原型。
- 高压光学测量:东京工业大学正在开发纳米尺度的“微腔压力计”,实时监测芯片内部应力。
- 混合路线:谷歌实验组已报告把量子比特焊在氮化硅微桥上,利用机械形变降低对温区的依赖。
如果以上任意一条商业化成功,量子计算将正式告别“液氦时代”,但“常温超导”本身,仍需一场材料学、工程学、芯片学的联合作战。能否像《三体》里的“智子”一样横空出世,就看接下来五年世界实验室的“大考”成绩。
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