把量子比特泡进超流氦：一个预测误差率低一百倍的设计

超导量子比特今天最脆弱的地方，恰恰来自它的工作原理。它靠电荷和电流工作，于是电磁噪声、杂散电荷、材料界面的微观缺陷都能推着它跑——像干燥天气里让头发粘在气球上的那种静电，量级小到对普通电子器件毫无意义，却足以搅乱一个量子态。系统越堆越大，控制这些错误就越难。

英国萨里大学的一个团队提出了一条不同的路：不用超导电路，用超流氦。他们给出了第一个基于超流体的量子比特完整概念设计，命名为 SHOQ（SHOQ）。论文发表于 npj Quantum Information，萨里大学在 2026 年 9 月发布了研究成果。

电中性带来的天然免疫

方案用的是氦-3，氦的稀有同位素。冷却到只比绝对零度高几千分之一度时，它会变成超流体：粘滞性完全消失，可以无摩擦地流过最细的毛细管。更重要的是，氦-3 原子不带电。

电中性意味着电磁噪声找不到着力点。超导量子比特的错误来源——介电损耗、准粒子中毒、磁通噪声、电荷涨落——大多要靠电场或磁场才能作用到量子态上，而一团中性的超流氦对这些场基本不响应。这是 SHOQ 预测错误率能低两个数量级的根本理由：不是屏蔽做得更好，而是干扰根本没有耦合通道。

在微流控器件中，超流氦-3 的流动被量子化，只能取离散的整数倍环流单位；这个量子化振荡态构成天然的二能级系统

具体做法是把超流氦约束在一个微流控装置里。在环路或储液池中，氦的流动会被量子化——它只能以离散的、整数倍的环流单位运动。这些量子化的振荡态本身就是一套离散能级，取其中两个就是一个量子比特。研究人员估算，这种装置的错误率大约只有常规超导量子比特的百分之一，即低约 100 倍。

论文第一作者、萨里大学数学与物理学院的 Priya Sharma（Daphne Jackson Fellow）把话说得很实在：组成这个想法的各个部件，此前都有人想过，他们做的第一次是把这些部件整合到一个微流控器件里，并算出让它真正作为量子比特工作所需的参数和规格。"数学告诉我们它应该能行"，下一步是做出原型，把这些预测拿去实测。

不打算取代谁

一个值得注意的设计取向：SHOQ 不是冲着取代现有硬件来的。论文讨论了它如何与超导量子技术耦合，让不同类型的量子比特在同一个系统里各干各的活。更长线的一种可能是当量子存储器——由超流氦负责把量子信息存住，由另一套硬件负责计算。这种分工和经典计算机里内存与处理器的分离是同一个思路。

超流氦量子比特可与超导电路耦合：前者做长寿命的存储，后者做运算，各取所长

萨里大学物理系与先进技术研究所的副教授 Eran Ginossar 是共同作者。他的观点是，没必要让一种量子比特包办所有功能，把不同量子技术结合起来才能各自发挥长处。超流氦提供的是一种根本不同的量子硬件；如果预测性能能在实验中被验证，它有可能与现有超导技术并肩工作，成为更大系统的一部分。

这项工作的合作者包括美国西北大学的 Jens Koch 教授，他是 transmon——今天被广泛使用的超导量子比特设计——的研发者之一。这个组合本身说明了一些事：方案不是外行对超导路线的否定，而是熟悉超导瓶颈的人给出的补充。

从纸面到原型

需要说清楚的是，SHOQ 目前是一个设计，不是一个器件。100 倍这个数字来自理论估算，还没有实验验证。装置需要在极低温下工作，但这个条件在以往的超流氦-3 研究中已经达成，不是新的障碍。团队现在的目标是造出原型，看预测能否在真实器件中重现，这项工作由授予 Sharma 的 IAA Commercialisation Fellowship 支持。

即便如此，这个设计的意义在于它指出了一个方向：当超导路线的错误率越来越受制于材料与环境的微观不完美时，换一种根本不带电的物理载体，可能比继续优化界面更省力。量子纠错能把错误率指数压下去，但前提是物理错误率已经低于阈值；如果能从源头把物理错误率降两个数量级，纠错的账会好算得多。

#### 参考来源

• Superfluid-based qubit design could be key to scaling up quantum computers, University of Surrey
• This new qubit could be 100 times less error-prone in superfluid quantum computer breakthrough, ScienceDaily (2026-09-30)
• Towards a micromechanical qubit based on quantized oscillations in superfluid helium, npj Quantum Information (2026)

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