量子计算机需要超导体吗

不是必须，但多数架构用超导量子比特实现

什么是超导，什么是量子比特

超导指材料在低温下电阻为零。量子比特（qubit）是量子计算的基本信息单位，可同时存在0和1的叠加状态。两者并非同一件事物，却在当下主流的量子实验里常被绑定在一起。

为什么超导成了“热门材料”

超导环路产生的电流可同时顺时针与逆时针流动——这天然对应量子叠加，工程师就能用“持续电流的方向”来编码0或1。再加上约瑟夫森结（两块超导体间极薄的绝缘层）能产生非线性效应，从而让能级区分更明显、减少误读。

权威引用：2023 年 IBM 发布的超导量子路线图指出，超导电路的制程与现有半导体兼容度高，可批量微纳加工，这是它领先其他物理体系（离子阱、光量子、硅量子点、拓扑量子比特）的重要原因之一。

所有量子计算机都用超导吗

自问：没有超导就无法实现量子计算吗？
自答：绝对不是。
目前至少五大技术路线在赛跑：

• 离子阱：用电磁场禁锢单个原子离子的内态。Google 与 Quantinuum 正在推进，无须低温但仍需超高真空。
• 光量子：福建物构所 2023 年报道的“九章号”采用光学路径编码，可以在室温运行，缺点是容错所需的单光子探测器良品率仍低。
• 硅量子点：在硅芯片内用电子自旋做 qubit，英特尔押注此道，温度仅需 1 K，无需毫开尔文级稀释制冷机。
• 拓扑量子：微软主推马约拉纳费米子，理论上更抗噪声，但至今无里程碑成果。
• 金刚石氮空位中心：常温可测磁可算量，小型机已成，但逻辑门保真度距商用量仍有数级差距。

超导路线面临的“两大命门”

1. 毫开尔文级别的制冷机
   一个千比特级超导芯片需要稀释制冷机稳定运行在 10 mK，这导致实验室电费惊人，且压缩机维护复杂。
2. 退相干时间短
   即使温度再低，电磁干扰、材料缺陷都会使叠加态在 100 微秒以内坍缩，而一场门操作常需 20 纳秒，留给纠错的窗口极窄。

个人看法：我认为未来十年超导将继续用于大型云算力量子机，但便携式量子传感器会采用硅量子点或金刚石中心路线，“多路线并存”才是常态。

给新手小白的观察清单

当你看到“量子计算机”新闻时，先问三问：

• 它用何种物理体系？是超导、离子阱，还是光量子？
• 报告中的“量子比特数”是物理比特还是逻辑比特？后者才是真算力。
• 是否提供了基准测试，如随机线路采样（Random Circuit Sampling）或量子体积（QV）？

名人观点

诺贝尔得主理查德·费曼曾说：“我不能造出的，我就不懂。”他用这句自嘲提醒后人——材料本身只是工具，核心仍是我们对量子物理的理解深度。中国名著《庄子·天下篇》亦道出“判天地之美，析万物之理”，科学探索需要跳脱形而下的材质之争，回看之一性原理。

未来预测

如果 2028 年超导制冷机能降至家用冰箱体积且电价减半，我大胆推测70% 的公有云量子算力仍将跑在超导芯片上，而 30% 的终端设备会由常温量子处理器驱动。到那一刻，大众再也不用追问“量子计算机是超导体吗”，而是关心“我的手机是否内置了一颗 32 量子比特的辅助加速器”。