超导量子计算机芯片用什么材料

是铝、铌、钽等低损耗超导薄膜

新手先问：芯片材料和冰箱超导磁悬浮玩具一样吗？

冰箱贴玩具是钕铁硼永磁体，靠强磁产生悬浮视觉效果，跟量子芯片用的超导材料完全不是一个体系。芯片追求的是“零电阻+接近绝对零度的相干性”，而玩具只是肉眼把戏。

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超导量子芯片的三大硬指标

1. 临界温度Tc 量子芯片工作环境在10-20mK，远低于铝的1.2K、铌的9.2K，才能确保库珀对稳定凝聚。
2. 低表面损耗 高频微波控制会激发准粒子，铝因为天然氧化层形成绝缘钝化，损耗系数比铜低三个数量级，成为主流。
3. 兼容CMOS工艺 IBM与Intel已证明：200mm晶圆级铝共蒸发+光刻线宽20nm可量产。个人判断，下一节点将是铝-钽多层堆叠以进一步降低退相干时间。

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为什么一定是铝，而不是石墨烯或铜氧化物？

有人问石墨烯导电这么好，能不能上芯片？答案是：石墨烯零带隙，无法形成约瑟夫森结。
而铜氧化物虽然Tc高达90K，却在微加工过程中容易出现晶格缺陷，导致能量泄露。铝在这两者间取得了可加工性+低损耗+成熟工艺的平衡。

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芯片的“三明治”长什么样？

硅衬底
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└── 铝制基底电极（50nm）
       ↑ 约瑟夫森结
└── 超薄铝氧化层（1-2nm）
       ↑ 量子隧穿
└── 铝制顶电极（50nm）

这段“纳米三明治”决定了一个量子比特的寿命，IBM测得T1≈160μs，T2*≈40μs。

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如何一眼鉴别真假“超导量子芯片”？

• 芯片上密布蛇形谐振器，那是共面波导。
• 金线键合焊盘超过1000根，用于室温-冰箱信号线。假芯片往往只有几十根。
• 芯片背面镀铜柱，起到磁屏蔽和热沉双重角色，普通IC不会如此设计。

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权威实验室数据

根据《Nature Electronics》2024.01封面文章，MIT Lincoln Lab给出“铝-钽合金退相干时间提升至250μs”的原型数据，已将二维表面码阈值推进到0.7%。

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给入门的两句建议

别被“常温超导”炒作带走节奏，目前可规模化量产的仍是铝与铌。
想跑模拟，先用QuTiP练手，再申请IBM Q Experience试用5量子比特，真实硬件能纠正你对材料的许多幻想。

“If we are going to live with machines, we must understand them down to the atom, or they will never truly understand us.” ——Niels Bohr, 《原子论与人类知识》