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突破瓶颈!瑞典研究人员开发出新型高精度温度计,可为量子计算机快速测温

2021-03-25 13:06 前瞻网   

来自瑞典哥德堡查尔默斯理工大学的研究人员,最近开发出一种新型温度计,它可以在量子计算中简单、快速地测量温度,而且精度非常高。

这一突破为有价值的量子计算提供了一个基准工具,并打开了量子热力学这一激动人心领域的相关实验。

突破瓶颈!瑞典研究人员开发出新型高精度温度计,可为量子计算机快速测温

量子计算机的关键部件是同轴电缆和波导,它们是控制波形的结构,是连接量子处理器和控制它的经典电子器件的关键环节。微波脉冲沿着波导传输到量子处理器,并在传输过程中被冷却到低温。该波导还可以对脉冲进行衰减和滤波,使非常敏感的量子计算机能够在稳定的量子态下工作。

为了获得对这种机制的最大控制,研究人员需要确保这些波导不会因为它们发送的脉冲中电子的热运动而产生噪声而传播。换句话说,他们必须测量微波波导冷端电磁场的温度,也就是引导脉冲被传送到计算机固定的地方。在尽可能低的温度下工作,可以最大限度地降低量子比特出错的风险。

此前,科学家们只能通过一个相对较大的延迟来间接测量这个温度。而如今使用查尔默斯研究人员的新温度计,可以从波导的接收端直接测量非常低的温度——非常准确,且具有非常高的时间分辨率。

“我们的温度计是一个超导电路,直接连接到被测波导的一端。它相对简单——而且可能是世界上最快、最灵敏的米尔凯尔文温度计。”查尔默斯科技大学量子技术实验室助理教授西蒙·加斯帕里内蒂说。

对测量量子计算机的性能很重要

瓦伦堡量子技术中心(WACQT)的研究人员计划到2030年,在超导电路的基础上建造一台量子计算机,至少要有100个功能良好的验证,从而能够进行正确的计算。它要求处理器的工作温度接近绝对零度,最好是10毫尔文(millikelvins)。新的温度计为研究人员提供了一个重要的工具,来测量他们的系统和缺点,同时它也是一个改进技术和实现目标的必要步骤。

“一定的温度对应一定数量的热光子,而这个数量随着温度呈指数递减。”供应商也需要精确的温度测量,他们需要能够保证他们的组件的质量,如用于处理信号到量子空间的电缆。

量子热力学领域的新机遇

重叠、纠缠和退相干等量子力学现象,不仅意味着未来计算的革命,也可能意味着热力学的革命。很有可能,当你在纳米尺度下工作时,热力学定律会以某种方式发生变化,有一天,这种变化可能会被用来生产更强大的马达,更快充电的电池,以及更多的东西。

“15-20年来,人们一直在研究量子现象如何改变热力学定律,但寻找真正的量子热力学的好处仍然是开放、更广泛的。”Simone Gasparinetti说。他最近成立了自己的研究小组,并计划参加这个搜索和一系列新的实验。

例如,一种新的温度计可以测量来自充当量子热机或冰箱的电路的热微波的散射。

普通温度计在经典热力学的发展中是必不可少的。查尔默斯大学微技术和纳米科学技术部的博士Marco Scigliuzzo表示,研究人员们希望——也许在未来,这些设计出来的温度计,会被视为量子热力学发展的关键因素。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4114RWL

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