无源超导量子计算机(无源超导量子计算机还能用吗?)

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无源超导量子计算机还能用吗?

不能,它已被实验验证为不可行。

“无源”究竟指什么?

很多人之一次听到“无源”会误以为是“不用电”,其实它指:无需持续注入能量来维持量子比特(qubit)的相干态。传统超导量子芯片需要外置微波脉冲不断“续命”,而无源路线试图像永磁体一样把信息“冻”住,从而减少控制线路、降低功耗。听上去像“永动机”,所以争议极大。

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(图片来源 *** ,侵删)
MIT林肯实验室在年就提出过利用约瑟夫森参量放大器(JPA)被动补偿耗散的 *** ,结果发表在《Nature Physics》;论文标题里刻意加了“non-reciprocal”来形容非互易耗散控制,但仍需周期性的泵浦光,并非真正的“零能耗”。

三大技术死结让梦想落地

无源超导量子计算机被搁置的原因,我归纳为以下三点:

  1. 退相干时间短到毫秒级以下:没有外置纠错脉冲,量子比特就像没人在照看的冰淇淋,秒化。
  2. 非阿贝尔任意子难以规模化:理论上可利用拓扑态抗噪,但实验中发现需要外加磁场调制,实质上又带回了“有源”元素。
  3. 读出精度断崖式下跌:失去连续泵浦后,微波光子数量过少,信噪比直线下降,现有阈值已低于纠错码所需的99.9%。

被放弃的“无源梦”留下了哪些遗产?

尽管整机不可行,它的研究却让三类器件受益至今:

  • 宽带约瑟夫森参量转换器——今天Google Sycamore里负责量子非破坏性测量的核心器件就是改进版。
  • 超低损耗铝氮化铝异质结工艺——直接降低了中国九章光量子芯片的波导损耗。
  • 零磁场量子比特磁通偏置方案”——被IBM Eagle系列用来减少地磁波动带来的误差。

小白也能看懂的比喻时间

问:“如果量子比特是风筝,无源超导方案相当于什么?”
答:相当于剪断了风筝线却希望它永远在蓝天悬停不打滚。微风(环境噪声)一扰动,失去牵引的风筝即刻坠落。持续供能的微波脉冲正是那根线。


当下主流路线:有源超导+主动纠错

既然无源走不通,我们怎么办?各大厂给出的答案是:用更聪明的控制信号让风筝即便线很细也不失控.

公司比特数主动纠错方式退相干时间延长比
IBMHeron 133 表面码+实时门校准≈600×
GoogleWillow重子纠错+动态解耦≈540×
本源量子Wukong耗散压制+机器学习调参≈380×

给初学者的三条入门建议

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  1. 不要追求“最纯量子”概念,量子计算本质是传统计算+量子优势的组合拳。
  2. 微波工程基础当作第二语言,从S参数到混频器设计都要会,否则很难看懂实验室里的那一堆蛇形线。
  3. 用“模拟退火器”先在经典机上写出小规模QUBO模型,再对照开源库qiskit-metal布线,这样上手不迷路。

“错误并非源于计算本身,而是源于我们想当然地相信计算可以不犯错。” ——《时间简史》史蒂芬·霍金

今天的无源超导量子计算机就是一次集体“想当然”。它告诉我们:当量子世界需要不断被“喂养”能量时,放弃喂养就等于否定量子纠缠的存在。物理定律不讲情怀,只认能量守恒。

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