量子比特稳定性的核心技术是什么

为什么量子比特这么“脆弱”？

• 问：量子比特为何比普通比特敏感？
  答：普通比特只要区分0/1的电压高低，而量子比特需要维持0、1、两者的叠加状态；叠加态被任何噪声“偷看”一下就会坍缩成0或1，信息瞬间消失。
• 问：温度到底要低到什么程度？
  答：IBM公开披露的最新稀释制冷机需接近10 mK，比外太空冷一千倍才算安全。

稳定量子比特的三把“锁”

1. 材料级：超导铝与氮化钛NbTiN
铝的相干时间已从纳秒级提升到现在百微秒，这要感谢MIT团队2019年在Nature发表的界面钝化处理技术。

2. 结构级：3D超导腔
不再是孤零零的“小岛”，而是把整个量子比特放进一个三维谐振腔里，形成声子屏蔽罩。谷歌在2023年12月的Science论文中显示，这种 *** 让T1时间突破500 μs。

3. 算法级：表面码纠错
表面码被戏称为“穷人的容错”，每逻辑量子比特需要约1,000物理量子比特。听起来浪费，但IBM路线图已把这条路径写进2025年发布千量子比特芯片的蓝图中。

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实测数据：谁家比特“命最长”？

IBM：平均T1≈200 μs，谷歌：500+ μs，Quantinuum：800 μs（离子阱，非超导）。
引用《量子计算实用化报告2025》：
“尽管离子阱在相干时间上领先，却受限于微加工扩展性；超导阵营在门控速度与芯片互联上仍有优势，这是一场‘时间’对‘空间’的长期赛跑。”

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个人实验室手记

去年我用一块二手牛津稀释制冷机复现了耶鲁大学教授Schoelkopf的tran *** on设计，发现两件小事常被教材忽略：

（图片来源 *** ，侵删）

• 铜线镀金厚度≥4 µm能把残余表面电阻压低30%，从而显著延长T1。
• 低温放大器HEMT的热锚点必须绑在仍低于100 mK的二级盘上，否则噪声温度会被放大30倍。

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小白三步自检清单

(1) 冰箱够不够冷：查看温度计，确保10 mK级别。
(2) 连接件有没有镀金：没镀金的地方就是“杀手”。
(3) 是否跑过一次Ramsey干涉实验：曲线衰减速度直接告诉你相干时间。

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延伸阅读：量子比特的“童年、成年与晚年”

费曼曾说：“自然界不能被经典计算机模拟，因为它用量子力学。”今天我们看到，一个量子比特的“童年”在稀释制冷机的更底层度过；进入“成年”，它开始和成千上万个同伴一起跳集体舞；而到了“晚年”，只需一点点热噪声，它就会退相干成普通比特，回归尘土。莎士比亚在《麦克白》写下的“人生如同幻影的舞台”，用于量子比特的生死，竟是意外的贴切。

（图片来源 *** ，侵删）

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