超导量子比特（量子信息的基本单元）一直被视为推动量子计算发展的前沿技术，但在实现常温环境运行前仍需攻克诸多难题。耶鲁大学洪涛教授实验室近期发表的两项研究为该领域带来突破性进展。

无限量子比特存储方案

为解决实际问题，量子处理器需要成千上万个量子比特。如此庞大的数量不仅需要复杂的布线系统，还必须将其存储在比深空更低温的环境中。目前维持量子比特接近绝对零度的稀释制冷设备体积庞大，使得系统构建异常复杂。洪涛团队在《自然-光子学》发表的研究中提出了创新解决方案。

通过将不同制冷单元内的量子比特联网构成量子网络，是种灵活经济的思路。但若使用常温环境下的标准同轴电缆连接，量子态将无法保持。而将所有设备置于同一超低温空间又近乎天方夜谭——即使按每台制冷器容纳1000个量子比特的乐观估计，构建百万级系统也需要连接上千台设备。

“当前量子计算系统多基于稀释制冷器中的超导量子比特，但单个制冷器的控温能力严格限制了可操控量子比特数量。”电气工程与物理学双聘教授洪涛解释道，“我们的创新在于建立了制冷单元间的量子链路。”

这项技术远比表面复杂：“连接两台制冷器需要特殊低温电缆”。常规微波光子构成的量子比特在常温传输时会丢失量子态。对于千米级远距传输，维持整条线路近绝对零度更不现实。

为此，研究团队开发出将微波光子转换为光子的系统。洪涛指出：“光学光子不受环境温度影响，可通过光纤实现远程传输后再转换回微波光子。”关键在于解决两种光子间的巨大能级差——实验室研制的新型器件实现了光场与微波场的强耦合。

原子级精准构建量子比特

在另一项发表于《自然-材料》的研究中，团队借鉴半导体行业的原子层沉积技术(ALD)制备量子比特。这种逐原子构建材料的方法通常用于制造微型芯片，现被证明同样适用于量子器件。

该工艺类似3D打印，能精确可控地制造量子比特。使用工业级设备使技术具备商业化潜力。团队利用ALD制备出氮化铝绝缘层夹心的双层氮化铌超导量子比特。“通过精密控制的化学反应，我们可以准确定义每层结构的厚度与质量。”论文第一作者王丹青博士介绍。

材料选择是成功关键：传统铝基超导量子比特的临界温度仅1开尔文，而氮化物材料可达13开尔文。洪涛强调：“更高的工作温度将大幅降低设备成本，提升系统扩展性。这种材料与半导体代工厂兼容，有望实现晶圆级量产。”

未来研究将聚焦材料质量优化与高温操作性能提升。这些突破为量子计算从实验室走向实际应用铺平了道路。