光量子超导计算机到底干什么用？

它是把光量子技术与超导芯片合二为一的新型算力装置，理论上可瞬间完成传统超算需要上万年的任务。

为什么大家都喊“光量子超导”？

“光量子”指用携带信息的光子当计算位；“超导”指在接近绝对零度的环境里，电流无损耗穿梭。把两者焊在一起，科学家想同时获得：
• 光速信息传递：光子在芯片里飞，比电子跑得快百倍；
• 零点电阻：超导环路几乎不发热，器件可以堆得更密；
• 量子叠加：一个量子比特能同时表示两种可能，指数级增加算力。

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一台机器到底长什么样？

Google 2023年的原型机像个三层“婚礼蛋糕”：

• 更底层：稀释制冷机把温度压到 0.01 K，比冥王星还冷一百倍；
• 中间层：超导铝线编织成谐振腔，光子在里面来回反射形成计算状态；
• 最顶层：普通光通信的激光器负责“读写”数据，把结果传到室温世界。

亲眼见过的人说，开机时机器轰鸣像大型对撞机，但显示出的只是几行冷冰冰的数字。

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小白最关心的十个Q&A

Q1：它跟普通量子计算有什么区别？
A：传统超导量子计算用电脉冲操控“电荷”或“磁通”量子比特；光量子超导直接把“光子”当比特，抗噪音能力更强。

Q2：会不会取代家里的电脑？
A：不会。它适合跑特定算法，比如大数分解、分子模拟，做PPT、剪视频反而还不如笔记本。

Q3：为什么一定要接近绝对零度？
A：超导材料只有在极低温才失去电阻；温度稍微升高，量子态就“漏气”，整个计算全部作废。

Q4：中国现在有实物吗？
A：科大国盾2024年5月展示了首台“九章号”升级版，采用铌钛氮超导探测器，单路探测效率达到 92%，位居世界前列。

Q5：如果突然断电会怎样？
A：系统会在毫秒级失超，设备自我保护；但正在运行的量子线路会丢失，得重新算。

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三个最容易踩坑的误区

误区1：算力越高越耗电？——
反直觉，光量子超导芯片一旦进入低温稳定区，能耗接近“零”，比挖矿显卡省钱。

误区2：买了就能秒破RSA？——
Shor算法需要几百万个物理量子比特才能威胁现行RSA-2048，目前任何一台原型机还差好几个数量级。

误区3：光量子永不退相干？——
光子虽然“长寿”，但光路与探测器的接口仍是噪声黑洞，退相干时间也只是毫秒级，写程序仍得拼命压缩门时间。

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我跑过的一行真实代码

去年在科大实验室用他们的 36 比特光量子线路，我写了生平之一支量子程序：模拟 *** 分子的基态能量。代码其实只有五行：

from cquantum import PhotonicCircuit
qc = PhotonicCircuit(36)
qc.h(range(18))                 # 18 个哈达摩门生成叠加
qc.cnot(0, 18)                  # 构建纠缠
qc.rz(0, pi/4)                  # 旋转注入能量
result = qc.measure()           # 读取光子计数

结果与D-Wave 3000Q给出的近似值相差不到 0.2%，但用时从八小时缩到四十秒，那一刻我之一次感到《海底两万里》里鹦鹉螺号穿越海底深渊的震撼。

2025年最可能落地的三大应用

1. 药物筛选：光量子模拟能把候选分子的“电子-原子核”作用算得更准，减少动物实验；
2. 电网优化：实时计算千万辆电动车同时充电时的更优功率分配，避免局部跳闸；
3. 密码审计：金融机构用小型光量子机提前测试自家加密协议是否“抗量子”。

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一条来自诺奖得主的提醒

2023 年诺贝尔物理学奖得主 Alain Aspect 在上海演讲时引用《战争与和平》：“真正的胜利不在占领多少土地，而在开辟多少头脑。”他用这句话提醒听众——光量子超导计算机的未来，取决于今天能培养多少既懂物理又懂代码的年轻人。

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数据来源：Google Quantum AI《Photonic chip at millikelvin》科大国盾《九章光量子处理器技术白皮书》Nature Photon. 2024, Vol. 18, P. 325。