芯片级未来：艺术家对微型测辐射热计（右侧芯片中）如何感知量子位（左侧芯片中）发出的非常微弱的辐射的印象。 （由 Aleksandr Käkinen/阿尔托大学提供）
芬兰研究人员表示，他们是第一个使用测辐射热计（一种测量辐射热的设备）确定超导量子位状态的人。 虽然读出的保真度和速度远远低于最先进的量子计算传统方法，但该技术有可能比当前方法更具可扩展性，并且可以不受某些类型的噪声影响。
量子计算机使用量子位（qubit）来存储和处理信息。 在计算结束时，必须读取量子位的量子态以提取结果。 迄今为止，一些最先进的量子计算机（包括谷歌和 IBM 开发的量子计算机）使用由超导电子电路制成的量子位，这些量子位在非常低的温度下运行。
阿尔托大学和芬兰 VTT 技术研究中心的 Mikko Möttönen 解释说，目前读取这些量子位是一个复杂而困难的过程：“如果你试图直接测量电压，那将非常具有挑战性，因为电压很小。 相反，微波谐振器耦合到量子位，并且根据量子位的状态，谐振器的频率会稍微改变。”
该过程涉及将微波注入测量电路，然后将状态读取为微波与量子位相互作用引起的电流-电压振荡的相位变化。
正如 Möttönen 所解释的那样，这并不理想：“您可以输入该测量电路的信号非常非常弱，因此如果您将其带到室温而不放大，您将什么也测量不到，”他说。 这很重要，因为量子计算的结果最终必须传递到在室温下运行的电子设备。
测不准原理
“因此，在达到室温的过程中，将会有多个放大器级，并且每个放大器都必须增加一些噪声。 它可以做得很好，但目前还达不到量子逻辑的精度水平。” 另一个问题更为根本：测量量子位的状态涉及测量电压和电流，而海森堡的不确定性原理限制了同时了解这两者的精度。
使用辐射热测量计测量量子位发出的功率可以避免这两个问题。 测量可在冰箱中进行，无需重复放大。 此外，由于不需要完全了解微波的相位来读取量子位的能级，因此海森堡的不确定性原理不会以这种方式限制测量的准确性。
研究人员将他们的辐射热测量计连接到带有耦合微波谐振器的标准超导量子位芯片。 然而，他们对输入做了轻微的调整。 在标准测量方案中，输入微波频率位于两个谐振频率之间。 “在这种情况下，振荡幅度没有任何信息，因为你处于共振中间，所以你总是激发相同的幅度，”Möttönen 说。
功率稍微高一点
相反，研究人员将谐振器驱动到量子位的基态频率。 “现在我们只需将信号传输至测辐射热计的吸收器即可，”Möttönen 说道。 如果量子位处于基态，则辐射热测量计会因共振而检测到稍高的功率。 如果量子位处于激发态，则辐射热测量计中的信号较低，这种差异用于确定量子位的状态。
为了使该技术以非常高的保真度工作，需要非常快速且非常灵敏的辐射热测量计来在量子态衰变之前对其进行测量。 2020 年，芬兰研究人员推出了一款使用石墨烯作为吸收剂的辐射热测量计，这是一种快速、灵敏的设计，旨在用于量子计算。 不幸的是，这种辐射热测量计随着时间的推移而退化，团队转而使用一种较旧的辐射热测量计设计，涉及超导体和普通金属之间的界面。
Möttönen 表示，研究人员最初并没有想到旧的设计能够有效地读出单个量子位的状态。 他还预计，使用改进的石墨烯辐射热测量计可以提高读出保真度。 “我希望很快就能将新型石墨烯辐射热测量计从烤箱中拿出来，”他说。
麻省理工学院的戴维·帕尔 (David Pahl) 认为，这项工作还处于初步阶段，但可能非常重要。 他说，读出量子态的方案的两个最重要的性能指标是保真度和速度：“我们在过去一年中看到的最先进的速度是 0.1 μs 和 99.5% 的保真度……[Möttönen and colleagues] 它显示 14 μs 和 61.7%，”他说。
帕尔指出，辐射热测量计比基于放大器的系统紧凑得多。 他说，放大器需要笨重的隔离器，而辐射热测量计则有可能集成在芯片上。 他还指出，海森堡的不确定性原理确实对辐射热测量计的灵敏度施加了一些理论上的限制，但他表示，当今的设备距离这些限制还很远。 他期待看到石墨烯辐射热测量计的结果。
该研究发表在《自然电子》杂志上。
资讯来源：由a0资讯编译自THECOINREPUBLIC。版权归作者A0资讯所有，未经许可，不得转载
