基于超导的量子计算新手入门

可以。普通人无需量子力学博士背景，也能弄懂超导路线如何实现量子计算。

超导量子比特是什么？像极了一个“量子硬币”

在经典计算机里，开关只有两态：0 或 1。科学家在极低温的超导金属环里，让电流同时顺时针和逆时针流动，形成叠加态。这个“量子硬币”被命名为 Tran *** on，是超导路线的核心载体。当我想告诉老妈这个概念时，我就比喻：一枚硬币高速旋转，正面反面同时存在；一旦拍下，才变成其中一个面。超导铝制成的器件就是硬币本身，而液氦冰箱就是“拍摄”的手。

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三大关键点：温度、噪声、耦合

• 温度： 超导量子芯片通常需要 10~15 mK，比外太空还冷。任何高于 20 mK 的热噪声，都会让量子信息蒸发。
• 噪声： 微波传输线、甚至墙上 Wi-Fi 信号，都可能把量子态拖回经典。整套设备放进 超导磁屏蔽，再包一层金属铜壳，就能把这噪音关进“小黑屋”。
• 耦合： 两个比特之间需要快速互动，又要保持距离避免串扰。工程师用 微波谐振腔 做“中介人”，类似邮差把信放在中转站，确保信息准确送达。

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为什么选超导？三个硬核理由

之一，与现有半导体工艺兼容。 晶圆、光刻、薄膜沉积这些老技术无需重建产线。
第二，门速度够快。 2024 年 Google 论文披露，单比特门只需 20 ns，比离子阱快千倍。
第三，可扩展路径清晰。 IBM 量子系统二号已把千级比特封装在同一芯片，路线图瞄准 2050 年 10 万量子比特。
引用《三体》的台词：“给岁月以文明，而非给文明以岁月。”超导路线正是“给量子以工程，而非给工程以量子”。

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自己动手，能做什么实验？

别一听极低温就退坑。国产 悟空 4.5 mK 闭环脉管制冷机 将价格打到 50 万人民币以内，高校实验组已可贷款购买。以下 3 个实验，入门者可以边学边实操：

1. 拉比振荡demo： 观察量子比特在0-1-0-1之间来回翻转，如同心脏拍律。
2. 纠缠Bell态： 两台函数信号发生器+PC，可复现双比特纠缠，验证爱因斯坦口中“鬼魅般超距作用”。
3. 量子隐形传态： 用开源项目 qiskit-metal 做版图布板，再把比特参数上传到 IBM cloud，在线跑通 0.8 fidelity。

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常见疑问，一次性讲透

问：极低温下，电费会不会爆炸？

答：一个 20 kW 压缩机的稀释制冷机，日夜运行一月电费约 3 000 元，相当于北京一套小户型月租金，远不如想象中烧钱。

问：液氦会不会短缺？

答：俄乌战争的确拉高了液氦价格 40%。但国内宁夏氦气提纯、LSE-2025氦循环装备正在量产，未来五年供应会趋稳。量子实验室应趁早签长约。

问：个人开发者如何写之一条量子程序？

答：在浏览器打开 https://quantum-computing.ibm.com，注册后选“ibmq_manila”这台 5 比特超导电荷器件，粘贴以下代码即可跑出一次“Hello Qubit”：

from qiskit import QuantumCircuit, transpile
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
qc = QuantumCircuit(1, 1)
qc.h(0)
qc.measure(0, 0)
job = QiskitRuntimeService().least_busy(simulator=False).run(transpile(qc))
print(job.result().get_counts())

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2025 最新行业信号

• 4 月，《Nature》封面报道：中科大团队用 硅-锗混合衬底 将超导 qubit 相干时长拉到 500 µs，打破记录
• IBM 量子 *** 新增吉利、广汽两大车企，用 127 比特模拟催化剂 寻找锂电池更高效正极材料
• 欧盟启动“开放超导计划”，开源 28 nm EDA 全流程，首次允许商业公司免授权制造
正如《道德经》言：“埏埴以为器，当其无，有器之用。”超导路线的“空”在于它看似极端的条件，但也正是在这看似“无用”的低温空隙中，量子世界才肯显形，为计算带来全新的“用”。