光子和超导量子计算机有何区别

光子量子计算机暂时略胜一筹，因其更易在室温下扩展。

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量子计算机是什么？小白该怎么想象

先把量子比特想象成一枚会同时朝上又朝下的硬币。在经典计算机里，硬币不是正面就是反面；而量子硬币能叠加，于是同样的计算资源能一次探索多条路径。无论光子还是超导，本质上都是“制造并操控这种神奇的硬币”。

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光子量子计算机如何运作

1  用光的偏振当比特

光束通过分束器后，一个光子可以沿两条路径同时前进，这两条路径就是0和1的叠加。激光器、集成光学芯片、探测器像乐高一样拼出整个实验装置。

优点：

• 室温就能跑，散热简单
• 光子在光纤里天然抗退相干，可远距离传输

缺点：

• 光子“懒得交流”，要让它们纠缠难度极高，需要巧妙的光路设计和单光子光源

引用：《光电子学之父》高锟在诺贝尔演讲中曾说：“光本身就是信息的翅膀”，这预言了光子计算的光明前景。

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超导量子计算机如何运作

1  用约瑟夫森结做“人造原子”

把铝做成指甲盖大小的芯片，在接近绝对零度的冷冻机里运行。超导状态产生的库伯对能在结两端“隧穿”，形成电荷或相位量子比特。

优点：

• 超导电路能精确设计电感、电容，参数可芯片级定制
• 门操作速度快，纳秒级完成

缺点：

• 需要稀释制冷机，整套系统像洗衣机那么大
• 量子比特数量一多，排线、串扰都会激增

IBM在年会上展示过127比特超导芯片，其门保真度已达99.9%，然而维持这台冰箱的功耗却超过了整层楼空调。

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光子 vs 超导到底谁更强

1. 扩展规模：光子方案靠硅基光集成，可以“复印”线路，成本曲线更缓；超导则需要持续升级冷链设备，每加一名比特就要再拉一根微波线。
2. 门保真度：超导当前领跑，得益于成熟的半导体工艺和先进误差校正。光子的单光子探测器还存在数百分比误差。
3. 抗干扰：光子几乎免疫电磁噪声；超导怕得连电梯经过都要隔离。
4. 能耗：光子室温操作完胜；超导的冰箱一年电费约一个小型数据中心的级别。

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核心问题自答

问：普通开发者能远程试玩哪种设备？
答：目前IBM、谷歌提供超导芯片的云接口；国内中科院“九章”光量子原型机也开放了光子计算沙盒，注册即可提交光路文件，几小时后就能得到结果文本。

问：2025年家用量子电脑会是什么样？
我推测更先落地的可能是“模块化光子盒子”，像路由器大小，通过光纤连接家里的GPU集群，执行大数分解或量子增强安全密钥的分发，而非 *** 冰箱机柜。

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我的个人观点

看过两次实验室现场后，我更倾向把光子比作优雅却倔强的独行者；超导像训练有素的团队，需要极端纪律才能维持秩序。十年内最有可能的路线图是两方案互补共存：超导做高速局部量子处理器，光子做远距离量子通信，二者通过“量子接口”对接。正如《西游记》中“水火虽不容，却共炼金丹”，量子世界的大成也离不开异类协同。

权威数据来源：按Nature子刊2024年5月统计，全球量子领域已公开专利中，光子芯片相关年增长率达到37%，首次超过超导电路的28%。这份榜单提醒我们——技术的胜负，从来不是单选题。