低溫熱預算

稀釋製冷機像洋蔥一樣一層層套著，越往裡走的板子越冷，最裡面是基板，溫度維持在比絕對零度高出千分之幾度的地方，量子位元晶片就放在那裡。一個殘酷的事實是：每一層板子只能帶走極少量的熱——4克耳文那層也許有一瓦左右，但到了毫克耳文的基板就只剩區區幾百微瓦。熱預算就是把這一切算成一本帳。你每加一根電纜、一個衰減器、一個放大器、一個濾波器，都會往某層板子上傾倒一些熱量，而每層板子上的總和必須低於這層能抽走的量，否則整個溫區就會升溫，量子位元隨之罷工。

熱量從兩條路進來。一部分順著電纜的金屬從上方溫暖的房間傳導下來，這正是控制線要用導熱很差的合金、並在所經過的每層板上做熱沉的原因。另一部分則是就地耗散的：衰減器把一個強脈衝變成又弱又冷的脈衝，那份差額就被它當作熱量吸收掉；放大器要消耗直流功率，最終也變成熱。設計者先算清每條線有多少微瓦，再乘以線的數量。幾個量子位元很輕鬆；只有當你設想成千上萬條控制線和讀取線全都擠進同樣的冷溫區時，這本帳才會咬人。

這是量子晶片擴展過程中一堵真實而不起眼的牆。你沒法簡單地多塞幾根線，因為最冷的板子早在你用完空間之前就先用光了製冷能力。正是這種壓力推動著整個領域：低溫CMOS想把控制電子設備搬進製冷機裡，好讓通往溫暖世界的電纜少一些；多工讓每條線承載更多量子位元；晶片上隔離器則試圖把笨重的元件縮小。這些方向都很有前景，卻都還處在早期，眼下熱預算仍是一道硬天花板，設計者只能一條線一條線地圍著它做規劃。