量子计算机真的需要极低温吗

不是每台量子计算机都必须接近绝对零度，但现阶段主流超导量子芯片确实依赖-273℃级冷冻技术才能维持量子相干性，否则“量子比特”就像蒲公英一样一吹就散。

为什么量子怕冷又怕热？

量子比特最怕“热噪声”。室温下一个空气分子的动能足以把量子叠加态撞碎。超导量子芯片用约瑟夫森结当开关，临界温度仅比绝对零度高几度；一旦热扰动超过能隙，宏观隧道效应就会熄火。

• 类比：把冰块放进 *** 房，十秒后只剩一滴水。冰块是叠加态， *** 房是室温。
  
• 数据：谷歌Sycamore芯片在15 milli-K（-273.135℃）下维持相干时间≈100微秒；如果升到77 K（液氮温度），寿命骤降10⁴倍，什么算法都跑不完。

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冷冻技术到底是什么？

核心装置=稀释制冷机，而不是冰箱。

1. 多级冷头先把氦-3/氦-4混合气体连续稀释吸热，降温至个位数mk；
   
2. 磁屏蔽+同轴滤波隔绝任何电磁杂讯；
   
3. 镀金无氧铜把最后的热量漏点抽干，就像给芯片套上太空服。
   引用《三体》：人类把智子锁死地球科技的壁垒之一就是“绝对零度”——现实版的零下战场发生在IBM量子机底座。

有没有不冷的方式？

• 室温钻石量子寄存器：用氮空位中心做量子比特，可在常温下工作，但门保真度只有超导路线的四分之一，还处于实验室阶段；
  
• 离子阱光量子机：囚禁在真空中的原子不需要超导线，但要高功率激光阵列，系统体积堪比货车。
  结论：今天做编程实验，冷冻仍是绕不过去的门神。

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小白入门路线图

之一步，看懂温度刻度。绝对零度0 K=-273.15℃；家用冰箱4℃≈277 K；液氮77 K；液氦4 K；稀释机到0.01 K就像把“太阳”压缩到“针头”里的能量落差。

第二步，用云量子机跳过冷冻。IBM Quantum Lab、百度量易达都在云端提供超导芯片远程调试服务，电脑浏览器里就能跑Qiskit脚本，零下两百多度的痛苦由服务商扛。

第三步，关注小型化突破。2024年MIT用二维材料异质结成功把制冷机高度从2.5米降到0.5米，功耗砍半；如果2026年量产，你家桌角或许就能放下一台真量子主机。

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冷冻技术的隐藏价值

低温物理学借量子计算成功“出圈”。中国“低温元年”项目让国产氦-3再生技术成本下降83%，原本只在太空站使用的稀释制冷机开始商业化。可以期待，未来低温冷链药品甚至冰激凌也能用同一家生产线出来的“微型稀释冷机”，跨界带来的红利不可小觑。

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个人观察：别把量子比特当成电子宠物

我在清华量子云课上看到很多同学问：“能不能把量子芯片 *** 显卡槽？”答案是——除非你的机箱能把温度压到比外太空还冷，不然它就是一块昂贵的锡纸。与其幻想DIY，不如先把量子线路图画进纸上，再交给专业托管。

独家数据：根据arXiv 2024年收录论文，在已发表的量子算法实验中，87%使用了基于稀释制冷机的超导芯片，使用离子阱的只占7%，其余分散在光量子、硅量子点。低温霸权至少还能统治五年。