超导量子比特（superconducting qubit）

超导量子比特是一个微小的电路，像普通微芯片一样刻蚀在芯片上，但它的行为却像一个单一的量子物体。其中的诀窍是把它冷却到比绝对零度高出几千分之一度（几个毫开尔文，millikelvin），让金属进入超导状态——电流流动时毫无电阻——并在电路中加入一个叫做约瑟夫森结（Josephson junction）的特殊元件。这个结让电路的各个能级变得不均匀，于是你可以单独挑出最低的两个能级，把它们当作 |0> 和 |1>。你可以把它想象成一个量身定做的人造原子：与其向大自然借一个真实的原子，不如按自己的要求亲手造一个。

由于它们用芯片制造工艺加工而成，并通过微波脉冲来控制，这类量子比特有两大实用优势：门操作速度快，而且可以在同一块芯片上集成许多个。这正是 IBM 和 Google 押注的技术路线，也是当今大型机器中最常见的量子比特类型。代价则是脆弱。作为人造电路，没有两个能造得完全一模一样，而且它们只能短暂地维持那脆弱的量子态——相干时间只有百万分之几秒（即微秒量级）——随后就会被噪声扰乱。

这种短暂的相干性正是核心的工程难题。它迫使每一次有用的计算都必须迅速完成，也是我们至今仍停留在 NISQ 时代的主要原因：我们拥有的是充满噪声的机器，而不是一台大规模的容错机器。要达到容错这个目标，就需要纠错技术，把许多个物理超导量子比特捆绑成每一个可靠的逻辑量子比特——这是一笔沉重的开销，是该领域正在努力攻克的方向，而不是已经大规模实现的现实。