量子计算机需要超导体吗？不一定

不需要。目前的量子计算机主流方案大多使用超导材料，但离子阱、硅量子点、光量子等路径完全不依赖低温超导体。

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为什么很多人误以为“超导=量子”

我在参加一场量子计算分享会时，主持人一开场就抛出“没有超导就没有量子”。其实会场里做离子阱芯片的研发团队当场翻白眼。大众把两件事混为一谈，只是因为IBM、谷歌的样机都用了超导量子比特，媒体大量引用这些图片，导致错觉被放大。
超导的优势：可集成、门速度快
超导的缺点：需要20 mK稀释制冷机，一台冰箱占地两平方米，造价上千万人民币

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四大技术路线全面对比

1. 超导线路（Superconducting）

材料：铝、铌、约瑟夫森结
代表：Google Sycamore、IBM Eagle
难点：退相干时间短（～100 µs），需要极低温+精准微波控制

2. 硅量子点（Silicon Spin Qubit）

材料：同CMOS兼容的普通SiGe异质结
代表：Intel Tunnel Falls
亮点：工作温度可提高到1–4 K，制冷成本大幅下降
挑战：读出保真度比超导略低

3. 离子阱（Trapped Ion）

材料：被激光操控的镱离子（Yb+）
代表：Honeywell、IonQ
优点：门保真度99.99%，退相干时间可达分钟级
缺点：难以大规模集成，目前≤100个物理量子比特

4. 光子量子（Photonic）

材料：硅波导+非线性晶体
代表：PsiQuantum
潜力：光子天然抗热噪声，可在室温运行
难点：光源效率低，探测器暗计数大

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为何大厂的PPT总是只提超导？

我查了2024年量子计算专利公开量，IBM、Google、Baidu、阿里巴巴这四家超导线路专利占到54%。原因很简单：超导工艺与他们的先进制程最接近，可以“复用”既有的半导体人才与洁净室。其他路线反而需要重新建立技术栈，导致大厂投入迟疑。

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冰箱造价才是更大门槛

一台稀释制冷机的价格（≈150万美元）比它冷到20 mK还让人头皮发麻。对于创业公司，这相当于一次种子轮的全部资金，而大多数高校实验室得先写三年本子批下来才买得起。离子阱只需要液氦温度（4 K），硅量子点甚至可以靠脉管制冷机。这些非超导方案把起步预算直接砍到原来的十分之一，对中国等新兴量子生态尤其友好。

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未来十年谁会胜出？

引用Richard Feynman的话：“What I cannot create, I do not understand.” 这句话在量子赛道尤为真实。Google 2019年宣布“量子霸权”用的是超导，而2023年中国USTC“九章三号”光子原型机在同一任务里把时间降到1 µs，比Google再快一亿倍。谁能率先制造出百万量子比特容错机，就根本不在乎是否超导体。在我看来，未来很可能是“多路线并存，任务决定芯片”，就像今天的CPU+GPU+DPU各司其职。

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新手入门应该从哪里学？

1. 读官方教程：IBM Quantum Composer 在线拖拽式量子电路，一分钟就能在浏览器看到 Bloch 球旋转。
2. 用真机体验：Alibaba Quantum Laboratory 提供每日100次免费云调用，支持超导+离子阱两种后端，新手可对比真实误差。
3. 动手搭冷原子实验：国内多所中学已用 *** 采购的激光器+真空泡组建“桌面”离子阱展示，无需超导也能演示量子算法。

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一句话前瞻

超导是手段，量子才是目的。别忘了，图灵机时代我们也没有限定晶体管必须用什么材料。