摘要：量子计算机最头疼的问题之一，是它的量子比特必须在接近绝对零度的低温环境里工作，而控制这些量子比特的电子设备却处于常温状态。现有的连接方式——比如同轴电缆——每根都会产生1毫瓦的热量。谷歌的50量子位机器用了500多根线缆，光是线缆带来的热量就足够让整个系统崩溃

量子计算机最头疼的问题之一，是它的量子比特必须在接近绝对零度的低温环境里工作，而控制这些量子比特的电子设备却处于常温状态。现有的连接方式——比如同轴电缆——每根都会产生1毫瓦的热量。谷歌的50量子位机器用了500多根线缆，光是线缆带来的热量就足够让整个系统崩溃。这直接导致量子计算机无法突破千量子位级别，更别说百万量级的实用化需求了。

图释：图片来源：Wang et al.

​麻省理工学院团队在《自然·电子》发表的最新研究，把电缆换成了无线太赫兹波。他们用标准CMOS工艺造出的芯片，在零下269度的环境里，用0.034皮焦耳传输一个比特数据，比传统微波电缆节能99%。最关键的是，这套系统完全不需要主动发热元件——热量问题被物理规律釜底抽薪了。

这项技术的核心在于反向散射通信。简单说，他们把太赫兹信号发生器放在室温区，让高频电磁波像手电筒光束一样射入真空低温腔。量子芯片上的天线接收信号时，通过改变反射波的特性来传递信息，就像用镜子反射阳光打摩尔斯电码。整个过程不需要在低温区产生电磁波，避免了90%的能耗。

研究团队还玩了个偏振把戏：上行和下行信号采用正交极化，用同一根天线就能双向通信。他们开发的冷场效应管探测器更是个狠角色——零功耗运行，全靠量子阱结构里的电子隧穿效应捕捉太赫兹波。

对比现有方案，这套系统在4K低温环境下的能效比光纤高三个数量级。传统光纤每比特需要1皮焦耳，而他们的无线链路下行只需34飞焦耳。更关键的是，所有发热部件都被移到了室温区，低温区的被动热泄漏降到了纳瓦级别。

这项突破的意义重大。用CMOS工艺意味着可以直接在现有芯片产线量产，成本可能比定制化量子设备低两个数量级。团队接下来要开发太赫兹相控阵系统，用波束成形替代现在的喇叭天线，进一步缩小体积。按照论文作者王金晨的说法，未来四到八年内，这项技术就可能出现在真正的量子计算机里。

量子计算领域过去十年被散热问题卡着脖子，谷歌、IBM的量子处理器始终困在百量子位量级。MIT这次展示的不仅是通信方案，更证明经典半导体技术仍能在量子时代找到新战场——毕竟，能用300美元CMOS芯片解决的问题，何必等超导材料突破？

参考文献：

Jinchen Wang et al, A wireless terahertz cryogenic interconnect that minimizes heat-to-information transfer, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01355-9

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来源：科学剃刀