超导：谷歌和 IBM
“量子”课程第 15 课，共 23 课。免费，有动画和小测验。
画在芯片上的原子
超导量子比特是硅芯片上一个铝或铌做的微小电路。关键部件是约瑟夫森结：两块超导体之间夹着一层极薄的绝缘层。深度冷却后，电路里的电流表现得像一个巨大的量子物体，有两个能级，就是 0 和 1。2025 年诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马蒂尼斯，表彰他们在 1980 年代的实验：首次在一个拿得在手里的电路中观察到这种量子效应。
比太空还冷
这种量子比特只能在约 10 毫开尔文下工作，比外太空冷几百倍。为此需要稀释制冷机：一盏多层的“吊灯”，每一层都比上一层更冷，芯片挂在最底下。每个量子比特都要从常温世界拉线下来，线多到本身就成了一道工程难题。你在量子计算机文章里看到的“金色吊灯”照片，就是这种制冷机。
谷歌 Willow：低于阈值
2024 年 12 月，谷歌发布了 105 比特的 Willow 芯片。最大的成就不在数量。团队用越来越多的物理比特拼成一个逻辑比特：3×3、5×5、7×7 的网格。每升一级，逻辑比特的错误率大约减半。这叫“低于阈值”：比特越多，错误越少，而不是越多。物理学家盼这一天盼了将近 30 年。2025 年，分子那一课讲的 Quantum Echoes 就是在这块芯片上跑的。
IBM：从数量纪录到质量纪录
IBM 的公开路线图最详细。2023 年推出 1121 比特的 Condor，创了数量纪录，但质量不行，公司自己也转向了质量。2025 年发布了 120 比特、218 个可调耦合器的 Nighthawk，以及测试新纠错码的实验芯片 Loon。接下来的计划：2026 年 Kookaburra，首个纠错模块；2027 年 Cockatoo，把模块连起来；2029 年 Starling，200 个逻辑比特、1 亿次操作。
长处与短板
超导路线最大的优点是快：一个门只要几十纳秒，芯片还能在熟悉的半导体产线上造。缺点：需要极低温，量子比特只能活大约零点一毫秒，而且只跟最近的邻居相连，远处的比特得一个个接力传信息。所以策略是：大量快但“短命”的比特，加上强力纠错。
自测一下
- 谷歌 Willow 2024 年成果的关键是什么？
正确答案: 码变大，逻辑比特的错误率下降. “低于阈值”就是：往码里加比特，错误反而更少。没有这一点，扩大规模就没意义。 - IBM 有了 1121 比特的 Condor，为什么又出了个 120 比特的？
正确答案: 质量和连接比单纯的数量更重要. 噪声大又连接差的比特没多大用。Nighthawk 有 218 个可调耦合器、指标更好，后面接着就是纠错模块。 - 超导量子比特最大的工程短板是什么？
正确答案: 极低温和一大堆线缆. 约 10 毫开尔文的低温，加上每个比特都要接线，是迈向百万比特的最大障碍。