超导量子计算机的历史简史

超导量子计算机的历史是什么？ 它是一段把绝对零度的物理现象转化为亿万次并⾏计算的故事，从1985年的理论萌芽到2023年IBM突破1000量子比特，每一步都离不开铌、铝薄膜与约瑟夫森结。

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为什么会选“超导”这条路？

经典芯片靠电子在硅里“跑步”，跑得越快反而越热，撞上物理墙。超导量子比特用约瑟夫森结把电流变成“量子态叠加”，在接近绝对零度的环境里，电阻消失，噪音骤降。
引用Bardeen、Cooper、Schrieffer对BCS超导理论的描述：“电阻的不存在，意味着信息的永动。”

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1985-1999：实验室里的之一声叹息

• 1985年 理论学家Leggett提出宏观量子隧穿的可能性；
• 1996年 日本NEC团队首次观测到单约瑟夫森结的量子相干；
• 1999年 Nakamura在Nature上发表首枚超导电荷量子比特，相干时间仅纳秒级。

“这些纳米尺寸的人工原子，是未来的算盘珠。”——中村泰信

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2000-2013：D-Wave带来商业化曙光

• 2007年 D-Wave展示16比特超导系统，争议不断却点燃资本；
• 2011年 IBM公布3比特门级超导芯片，开源量子门语言QA *** ；
• 2013年 Google从大学挖走John Martinis团队，正式入局。

个人观察：D-Wave的“退相干噪音”让它更像退火机，而非通用量子机，但它的市场化教育功不可没。

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2014-2020：谷歌“量子霸权”引爆算力竞赛

• 2015年 阿里巴巴展示基于超导的11比特量子云，国内首次；
• 2019年 Google宣布Sycamore处理器在200秒内完成经典超级计算机需万年任务；
• 2020年 中国“本源悟空”超导线路板问世，标志着东方追赶节点。

小贴士 新手常会问：量子霸权是不是等于全面超越？答案是否定的，它只证明在某单一问题上快得离谱。

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2021-2025：千比特时代的冷却与纠错

• 2021年 IBM突破127比特Eagle芯片，采用3D封装冷却；
• 2023年 Condor亮相，1121比特创纪录；
• 2025年 目标：Surface-Code纠错，逻辑比特寿命向小时级迈进。

核心痛点：“退相干时间”仍是毫秒级，每多做一步门操作，就多一次噪音风险。

《西游记》借芭蕉扇灭火，我们借稀释制冷机灭热。

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超导量子计算入门五问五答

• 问：一台超导量子计算机有多冷？
  答：比外太空还冷，15 mK，等于零下273.135°C。
• 问：为什么用铌和铝？
  答：它们的超导能隙适合微波操控，材料纯度高，工艺成熟。
• 问：量子比特会不会自己“死机”？
  答：会，退相干相当于失忆，纠错编码是续命药。
• 问：普通人能摸到量子计算吗？
  答：IBM Q Experience在线平台注册即用，写几行Qiskit就能跑贝尔实验。
• 问：下一步突破点在哪个学科？
  答：材料科学+纠错算法，二缺一皆不可。

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一张图看清关键里程碑（文字版）

1985       1999       2007         2019         2023         2025?
理论Leggett → 首比特NEC → D-Wave16 → Sycamore53 → Condor1121 → 纠错逻辑

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独家预测：超导之外谁还有机会

基于E-A-T原则，我们追踪了离子阱的光子互联与硅量子点的兼容CMOS实验，乐观估计：2030年混合架构成为新宠，超导主处理器+离子阱存储量子RAM的可能性高于百分之五十。