在量子计算的世界里，有一个巨大的技术悖论：量子比特极其强大，却也极其“娇气”，一点点“噪声（Noise）”就会瞬间摧毁量子比特那脆弱的叠加态，导致计算崩溃。

为了对抗噪声，科学家们通常把量子芯片塞进巨大的“稀释制冷机”里，冷冻到比深空还要冷的绝对零度附近。但最近，一项发表在《自然·通讯》上的重磅研究却给出了一个“反直觉”的方案：既然噪声挥之不去，为什么不干脆用它来发电，给量子比特降温呢？

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无处不在的致命“噪声”

你正试图在一家震耳欲聋的迪厅里戴着耳机听一段极其优美的古典乐。你不仅要努力分辨旋律，还得确保自己不被周围疯狂扭动的人群撞飞——这就是量子比特（Qubits）目前在量子计算机里的“悲惨生活”。

在量子物理的世界里，“噪声”一向是头号公敌，它会破坏脆弱的量子比特，导致计算出错。

但是这个噪声跟我们熟知的并不一样。在宏观世界里，噪声是窗外的装修声，是邻居的讲话声；但在量子世界里，噪声的定义要广泛得多。

任何微小的环境变动，无论是零点几摄氏度的温度波动、微弱的电磁场干扰，甚至是附近原子的一个轻微振动，都会被量子比特感知到，造成毁灭性打击。

当这些外部干扰与量子比特发生相互作用时，量子比特就会发生“退相干”（Decoherence）。简单来说，就是量子比特从神奇的叠加态“坍缩”回了普通的0或1。这时候，花大价钱制造的量子计算机就变成了一台无用的破旧计算器。

换句话说，在量子芯片内部，哪怕是一点点微弱的能量扰动，都会像是在雪地里泼热水，瞬间让系统“热”到瘫痪。

因此，在超导量子计算中，为了让比特保持在“0”和“1”的叠加态，环境能量必须极低。一旦环境中有杂散的噪声，这些能量就会撞击量子比特，强制它发生跳转或失去量子特性。

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“量子两难”困境

长期以来，科学家的思路是“堵”：用重重屏蔽罩隔绝信号，用昂贵的制冷设备压制波动。

但随着量子比特数量的增加，布线也越来越复杂，外部的热量和噪声总是能顺着线缆“溜”进去。

液冷气就是为了降温

这就形成了一个“量子两难”：规模越大，控制线越多；线越多，带入的噪声和热量就越多，制冷压力也就越大。

到底是要规模，还是要“安静”？

为了处理复杂的计算，我们需要成千上万个量子比特；但量子比特越多，它们接触环境的面积就越大，产生的噪声干扰就越复杂。

另外，是要控制，还是要隔离？如果我们想操作量子比特，就必须和它“沟通”，即输入指令。但是，只要我们打开一扇窗与量子进行沟通，噪声就会顺着这扇窗“溜”进来。

这就好比去保护一个脆弱的肥皂泡：既想让它飞得更高（增加算力），又不能随心所欲地吹气。

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传统的“御噪”之术

当然，科学家们也有很多迎合手段来解决这个问题，比如我们常说的极低温冷冻。

许多量子计算机，尤其是超导量子计算机，需要在接近“绝对零度”（约-273.15°C）的环境下运行。这个温度比宇宙深空还要冷，目的就是让原子几乎停止运动，从而减少热噪声。

还有就是用量子纠错（Quantum Error Correction）手段，既然噪声无法完全消除，那就学会“修补”。

简单来说，科学家会尝试用多个“物理量子比特”组成一个“逻辑量子比特”，这样即使其中一两个被噪声干扰出错了，其他的比特也能通过算法把正确的信息还原出来。有点像让AI自查自纠。

另外，有一个更激进的方案，就是拓扑量子计算。它试图通过改变量子比特的“形状”或路径来存储信息。

微软研发的“马约拉纳1号”，使用的就是拓扑量子比特

去年2月，微软发布全球首款由拓扑量子比特驱动的的量子处理器“马约拉纳1号” （Majorana 1）。据称，该量子处理器基于突破性的材料“拓扑导体”构建，该款量子处理器在一块芯片上集成了8个拓扑量子比特，未来目标是扩展至百万量子比特。

它的原理很难完全讲明白，你可以想象有一个打结的绳子，即使我们抖动绳子，结也不会轻易散开——由此，拓扑量子计算在本质上免疫了某些噪声。

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“以噪制噪”，变废为宝

不过近期，瑞典查尔姆斯理工大学研究团队在《自然·通讯》上发表的重磅研究，更是“以毒攻毒”。

在这篇最新的论文中，研究团队展示了一种天才的策略：他们不再把噪声视为要消灭的对象，而是把它当成了制冷的“燃料”。

具体来说，他们开发了一种由噪声驱动的量子制冷机（Noise-powered Quantum Refrigerator）。通常我们认为噪声会加热量子计算系统，但该研究证明，通过向超导电路中精准注入一种特定的“相位噪声”（Phase Noise），可以人为创造出一种能量梯度。

量子计算中的噪声可以利用

这种受控的相位噪声就像是一个“搬运工”，它能诱导能量在量子比特之间定向流动。实验显示，当相位噪声被精确调制时，它不仅不会破坏系统，反而能实现“稳态冷却”。

这意味着，量子计算可能不再需要极其苛刻的外部冷却条件，而是利用系统自带的“动力学”来保持冷静。

过去，噪声是必须被过滤掉的背景杂质；而现在，它很可能成为一种可控的资源。这样一来，不仅能降低能耗——利用低成本的人造噪声进行制冷比维持庞大的深低温设备更具推广潜力，还能增强稳定性——根据论文信息，这种自发冷却机制能让量子比特在运算过程中自动回到低能态，减少出错率。

在量子尺度下，看似混乱的波动也可以被组织起来完成有意义的工作。未来的量子芯片，可能每一层都布满了这种微型的“噪声转化器”，就像森林里的树木吸收二氧化碳一样，默默地吸收着环境中的电波干扰，并将其转化为维持自身运转的动力。