2026年4月20日——超导量子比特作为量子信息载体，一直被广泛认为是推动量子计算发展的关键技术。但在实现常温环境运行前，这项技术仍有诸多难关需要攻克。耶鲁大学汤宏教授实验室近期发表的两项研究取得了突破性进展。

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布线系统，更需将其存储在比深空更低温的环境中。稀释制冷机虽能将量子比特维持在接近绝对零度，但其物理尺寸限制了扩展性。汤教授团队在《自然-光子学》发表的研究提出了创新解决方案。

通过构建连接多台制冷机的量子网络，该团队实现了灵活经济的系统架构。传统同轴电缆在常温环境会导致微波光子量子态丢失，而集中式超低温存储方案又面临空间限制——按每台制冷机容纳1000量子比特估算，百万级系统需上千台设备，这在物理层面难以实现。

“现有量子计算系统多基于稀释制冷机内的超导量子比特，但单台设备的量子比特控制数量存在瓶颈。”担任电气与计算机工程及物理学双聘教授的汤宏解释道，“我们通过建立制冷机间量子链路突破了这一限制。”

研究团队开发的光子转换系统攻克了关键难题：将微波光子转化为可在光纤中常温传输的光学光子，到达目的地后再逆向转换。这种技术突破了传统方案对超低温传输线的依赖。

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。这种原子级精度的制造工艺通常用于芯片生产，现被创新性地应用于量子器件制造。

如同3D打印般，该工艺能精准构建由氮化铌超导层与氮化铝绝缘层组成的复合量子比特。研究第一作者王丹青博士表示：“通过精确控制的化学反应逐层生长，我们可以准确定义结构的厚度与质量。”

与传统铝基材料（临界温度1开尔文）相比，团队研发的氮化物材料临界温度达13开尔文，虽仍需低温环境，但大幅降低了制冷成本。“这意味着更好的扩展性，”汤教授指出，“这种材料与半导体代工厂兼容，使大规模晶圆制造成为可能。”

团队下一步将着力提升材料质量以优化量子比特性能，并探索更高温度下的操作可行性。