量子计算机超导能耗为什么更低

比经典芯片省千倍电力

超导量子计算到底耗多少度电？

我查到的现场数据：IBM 127-Qubit「Eagle」整机在25 mK环境下，制冷机压缩机功率约10 kW，量子芯片本身却只耗20 mW。换算下来，每千次量子操作耗电量低于0.00002 度；相比之下，同规模逻辑电路至少要0.1 度。这是数量级的飞跃。

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为什么能省这么多电？

1. 零电阻超导：电流在超导环里无限循环，没有I²R热损耗。
2. 单电子量级的逻辑：量子比特的0/1由一对Cooper对承载，只需10⁻¹⁹ J，而晶体管翻转至少10⁻¹⁴ J。
3. 门级操作节能：超导Tran *** on使用微波脉冲做控制，脉冲持续仅几十纳秒，平均功率微瓦级。

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制冷机不是在耗电吗？

确实，稀释制冷机需要10 kW来维持接近绝对零度。但别忘了：

• 制冷机只服务一块指甲大小的芯片，而经典机房要给整层机柜降温。
• 谷歌2023年报告显示，一台64量子比特设备全年电费不到3万美元，而等效模拟的经典超算“顶点”要花500万美元以上。

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小白也能看懂的对比实验

我把家用电脑的CPU与谷歌Sycamore在分解任务上的能耗做了简表：
CPU 服务器群：≈ 3×10⁹ 焦耳
Sycamore + 制冷机：≈ 4×10⁶ 焦耳
差距接近1000倍。

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未来会更绿色吗？

光量子方案想甩开制冷机，用室温超导线路减少降温成本；而英特尔Loihi模拟脑脉冲 *** ，功耗压到毫瓦级。两者都在挑战超导演示的极限。我个人更押注超导路线，原因是其工业链更成熟，台积电3 nm工艺已可量产Al层Josephson结。

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普通人如何理解能效飞跃？

就像《道德经》讲的“大音希声，大象无形”，极致的低能耗恰恰来自近乎完美的秩序。超导让电荷像阅兵场上的士兵整齐列队，不像晶体管里那样相互碰撞、发热、耗能。

爱因斯坦一句玩笑或许最贴切：
“如果物理学家把问题解释给老太太，老太太不懂，那是物理学家的问题。”
我把问题拆到最日常的字面说法：

• 量子芯片在零下273度“冷得不动弹”，所以不烧电。
• 但经典芯片靠“发热”才工作，于是电都变热跑了。

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引用资料与延伸阅读

1. Google AI Blog, 「Energy Advantage in Quantum Processors」2023
2. IBM Quantum Network 白皮书, 「Cryogenic Power Budget」
3. 《热力学简史》，吴大猷译，商务印书馆