超導量子位元（superconducting qubit）

超導量子位元是一個微小的電路，像普通微晶片一樣蝕刻在晶片上，但它的行為卻像一個單一的量子物體。其中的訣竅是把它冷卻到比絕對零度高出幾千分之一度（幾個毫克耳文，millikelvin），讓金屬進入超導狀態——電流流動時毫無電阻——並在電路中加入一個叫做約瑟夫森結（Josephson junction）的特殊元件。這個結讓電路的各個能階變得不均勻，於是你可以單獨挑出最低的兩個能階，把它們當作 |0> 和 |1>。你可以把它想像成一個量身打造的人造原子：與其向大自然借一個真實的原子，不如按自己的要求親手造一個。

由於它們以晶片製造工藝加工而成，並透過微波脈衝來控制，這類量子位元有兩大實用優勢：閘操作速度快，而且可以在同一塊晶片上整合許多個。這正是 IBM 和 Google 押注的技術路線，也是當今大型機器中最常見的量子位元類型。代價則是脆弱。作為人造電路，沒有兩個能造得完全一模一樣，而且它們只能短暫地維持那脆弱的量子態——相干時間只有百萬分之幾秒（即微秒量級）——隨後就會被雜訊擾亂。

這種短暫的相干性正是核心的工程難題。它迫使每一次有用的計算都必須迅速完成，也是我們至今仍停留在 NISQ 時代的主要原因：我們擁有的是充滿雜訊的機器，而不是一台大規模的容錯機器。要達到容錯這個目標，就需要糾錯技術，把許多個物理超導量子位元捆綁成每一個可靠的邏輯量子位元——這是一筆沉重的開銷，是該領域正在努力攻克的方向，而不是已經大規模實現的現實。