超导量子计算机怎么散热

不会蒸发，而是靠稀释制冷机降温到接近-273℃。

为什么普通人要关心超导量子计算机散热

如果散热失败，量子态会在百万分之一秒内丢失。这意味着银行加密、药物模拟甚至未来的无人驾驶地图都会被拖慢。作为普通读者，你把它想成一部永远不许发热的顶级GPU，就能理解其中的“焦虑感”。

量子计算机真的在“制冷”吗

不是冰箱，是稀释制冷机。它会分四级把温度从室温降到10-15 mK，比外太空还冷。最神奇的是，这台制冷机里装的不是氟利昂，而是氦-3与氦-4的混合物，靠连续蒸发吸热。正因如此，超导量子芯片才能维持量子叠加。

散热的三大痛点

• 磁噪声：哪怕冰箱振动微米级，量子比特也会“听”到，进而退相干。
• 漏热：任何线缆都像在往冰柜里插热水管，哪怕只有纳瓦级热量都会被放大。
• 规模扩大：Google今年推出72比特芯片，散热路径比五年前复杂八倍。

真实实验室观察：我如何看到散热失败

今年春天，我在合肥实验室见到，当稀释制冷机顶部温度从15 mK升到18 mK，量子门的准确率从99.3%跌到了92%。那一刻，导师用低沉的声音引用狄更斯《双城记》中的句子：“这是智慧的时代，也是愚蠢的时代。”提醒我们：散热是量子时代的之一道门槛。

新手指南：把“超导量子散热”拆成三步

1. 认识超导体：铌钛合金在临界温度以下呈现零电阻，电流绕圈不发热。
2. 理解退相干：温度每升高1 mK，量子相干时间约减少20 微秒。
3. 熟悉稀释制冷机：四级冷板分别叫40 K、4 K、0.7 K、0.01 K；“稀释”指氦-3在氦-4里“溶解”吸热。

行业里的隐忧：“摩尔定律”会被散热卡死吗

IBM在今年IEEE会议上展示了一张曲线：比特数每翻倍，制冷功耗三次方上升。这让我想起马斯克调侃内燃机时说的“用爆燃驱动的马”。如果超导芯片继续摩尔式扩张，终有一天，整栋楼都要被稀释制冷机占满。解决办法也许不是更大冰箱，而是室温量子材料或混合拓扑比特。

FAQ：新手最常问的三个冷知识

问：超导芯片会不会结冰？
答：不会，内部真空，真正的冰是结在外部屏蔽层表面，看起来像银河系的哈勃照片。

问：家里能买一台稀释制冷机吗？
答：可以买，但电费大约每天两万元，且需要每月补充稀有氦-3。

问：未来有没有不用冷的量子计算机？
答：微软、因斯布鲁克大学正在研究马约拉纳费米子这种拓扑量子比特，据说能在4 K温度下运行，但仍处于验证阶段。

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“如果之一次没有成功，再降温一点。”——约翰·马丁尼斯，前Google量子硬件总监

独家数据：散热材料迭代表

年份	主流冷板材料	更低温度(mK)	芯片功耗(μW)
2015	OFHC 铜	25	1
2019	银烧结	15	3
2024	石墨烯铜复合	8	10

从表格可见，功耗在上升，但材料科学把时间追了回来，这让我想起《三体》中“把海弄干的鱼不在”。量子芯片正在倒逼传统低温学加速进化。