为什么超导量子计算机不必将光量子计算机保持在绝对零附近？

这是@heather对问题的回答的后续问题：为什么量子计算机必须保持在绝对零附近？

我知道的：

• 超导量子计算：它是超导电子电路中量子计算机的一种实现。

• 光量子计算：它使用光子作为信息载体，并使用线性光学元件来处理量子信息，并使用光子检测器和量子存储器来检测和存储量子信息。

接下来，这是维基百科关于超导量子计算的进一步论述：

经典计算模型依赖于符合经典力学定律的物理实现。但是，众所周知，经典描述仅在特定情况下才是准确的，而自然的更笼统的描述是由量子力学给出的。量子计算研究了超出经典近似范围的量子现象在信息处理和通信中的应用。存在各种量子计算模型，但是最受欢迎的模型包含了量子位和量子门的概念。量子位是位的概括-具有两个可能状态的系统，该状态可能处于两个状态的量子叠加中。量子门是逻辑门的概括：它描述了给定其初始状态后，将一个或多个量子位应用于门之后将经历的转换。量子位和门的物理实现很困难，原因与在日常生活中难以观察到量子现象的原因相同。一种方法是在超导体中实现量子计算机，在该超导体中，量子效应变得宏观化，尽管以极低的工作温度为代价。

这确实有道理！但是，我一直在寻找为什么光量子计算机不需要超导量子计算机那样的“极低温度”。它们难道没有遇到同样的问题吗，就是说，光学量子计算机中的量子现象是否像超导量子计算机那样难于观察？这样的计算机在室温下是否已经产生了宏观的量子效应？为什么这样？

我在Wikipedia上进行了线性光学量子计算的描述，但没有找到类似“温度”的内容。

我一直在寻找为什么光量子计算机不需要超导量子计算机那样的“极低温度”。

超导量子位通常在4 GHz至10 GHz的频率范围内工作。量子力学中与跃迁频率$f_{10}$相关的能量为$E_{10} = h f_{10}$，其中$h$是普朗克常数。将量子位跃迁能量与热能$E_\text{thermal} = k_b T$（其中$k_b$是玻耳兹曼常数）进行比较，我们看到，当f 10 > k b T / h时，量子位能量高于热能

查找玻尔兹曼常数和普朗克常数，我们发现

因此，我们可以写

因此，对于10 GHz的最高频率超导量子比特，我们需要$T < 0.48 \, \text{K}$为了使由于热相互作用而使量子比特被随机激发或去激发的可能性低， K。这就是为什么超导量子位通常在约15毫开尔文的稀释冰箱中运行的原因。当然，我们还需要足够低的温度以使金属超导，但对于发生在1 K的铝，因此实际上我们已经讨论过的约束更为重要。

$\left \lvert 0 \right \rangle$$\left \lvert 1 \right \rangle$$10^{14}$

它们不是也遇到同样的问题吗？也就是说，光量子计算机中的量子现象是否像超导量子计算机那样难于观察？

$^{[a]}$。实际上，最好的光电检测器实际上无论如何都需要在低温环境中运行，因此尽管量子位本身具有很高的频率，但某些光学量子计算体系结构仍需要低温制冷。

PS：这个答案可以扩大很多。如果某人有其特定的方面想了解更多信息，请发表评论。

$[a]$

因为光在正确的频率下与物质的相互作用微弱。在量子状态下，这意味着单光子基本上没有噪声和退相干，而噪声和退相干是其他QC架构的主要障碍。当量子信息由物质（原子，离子，电子，超导电路等）携带时，周围温度不会像干扰光子的量子状态那样严重。例如，最近证明了使用低轨道卫星作为链路在中国和奥地利之间可靠地传输光子量子比特（更准确地说，是QKD协议）（请参见此处）。

不幸的是，光与其他光的相互作用也非常弱（例如，基本上不会）。不互相作用的不同光子使光量子计算变得有些棘手。例如，当量子位由不同的光子携带时，诸如两个量子位门之类的基本元素需要某种形式的非线性，这通常很难通过实验来实现。

DanielSank是正确的，但我认为答案实际上更加微妙。如果没有损耗，背景辐射也不会泄漏到您的量子设备中。即使最初是热激发的，也可以主动重置量子位的状态。因此，除了微波量子位的热激发之外，将其冷却至如此低的温度的根本原因实际上是量子态所居住的材料的介电损耗。

空气几乎不会对光学光子造成任何损失，但是电路确实会衰减携带量子信息的微波频率等离激元。到目前为止，消除这些损失的唯一方法是使用超导体，此外，要使用比超导体的临界温度低得多的低温温度仪，但是没有根本原因不能使用更高的温度将来，一旦损失更低的材料可用。