超导量子计算用的量子是哪种

为什么偏偏选“超导”而不是离子、光子？

之一次翻开论文时我也疑惑：量子比特不是可以是原子、光子，甚至钻石里的缺陷？真正让超导领先的是“可规模化的微米级电路”。一块指甲盖大小的芯片，就能集成上百个tran *** on。引用2019年谷歌那篇Nature封面论文：“超导电路已经实现‘门级保真度>99.9%’”。

超导量子比特长什么样？看图就秒懂

• 一个非线性电感：约瑟夫森结
  两块超导体夹一层纳米氧化铝，就像两座城市中间只留一扇只能一次过一个人的小门。
• 两个平行板电容
  电容值决定“势阱”，把能量量化成离散阶梯。
• 整个器件放在稀释制冷机里，20 mK低温
  比外太空还冷，热噪声被死死冻住。IBM 2023年报显示，他们的Goldeneye制冷机一次可以给1000+ qubit供冷。

从“LC谐振”到“tran *** on”，为什么升级？

早期超导比特就是LC振荡器+约瑟夫森结，但电荷噪音一搅，能级就像蹦床。Tran *** on的办法简单粗暴：把电容做得超大，让E_J/E_C>>1，电荷敏感度暴跌，保真度暴涨。从95%跳到99.4%，只用了两年。

量子态如何读出来？不是电压表，而是“色散读出”

芯片旁边挂一个共面波导谐振器，频率跟比特稍有“色差”。比特处于|0⟩时谐振器频点A，|1⟩跳到频点B。我测谐振器相位漂移，反向推算量子态。2024年清华交叉信息研究院把读出时间压到40纳秒，已破亚洲纪录。

超导量子芯片≠普通CMOS光刻？

区别在“铝膜厚度”和“悬空桥”：

1. 铝膜仅100 nm，避免磁通钉扎；
2. 约瑟夫森结需双层电子束曝光做空气桥，误差<5 nm；
3. 一步含氧残压控制错误，整片芯片报废。

IBM甚至给出良率曲线：2021年30%，2024年一季度已>75%。摩尔定律，在极低温里一样跑着。

小白的实战门槛：需要哪些基础设备？

别幻想自家车库能复现。更低套餐：

• 稀释制冷机，二手10万美金起跳；
• 矢量 *** 分析仪，20 GHz频宽；
• 任意波形发生器，<50 ps抖动的脉冲串决定门保真度；
• 低温放大器，噪声温度<4 K。

Google实习手册提醒：调一次比特频率平均4小时，熬夜喝咖啡是常态。

为什么2025年的新论文都在说“fluxonium”？

tran *** on的甜蜜区止步于100微秒相干时间。fluxonium把约瑟夫森结串进大电感，再把谐振频率压到500 MHz以下，做到1.48毫秒*，2023年由马里兰大学*Nature Physics*刷新纪录。缺点？布线路径暴增，控制线串扰噩梦，所以现阶段仍是实验室“屠龙技”。

我踩过的坑：三招提升相干时间的“野路子”

1. 芯片背面镀金，降低硅衬底介电损耗，提升20%；
2. “shadow evaporate”双角蒸发，让铝电极边缘更圆，电场收敛；
3. 给每条控制线加eccosorb垫片，吸掉室温光子窜进来的“黑体辐射”。

写在最后的冷知识

超导量子比特的|0⟩和|1⟩态的能量差通常在5 GHz附近，和Wi-Fi路由器一个频段。Google数据室把实验楼整层做电磁屏蔽，如同一座金属罐头。《三体》里云天明的脑子，如果真是量子态，也会选择超导——因为宇宙尘埃中的光子干扰实在太吵了。