超靈敏熱探測(cè)器精確讀取量子比特

用微型輻射熱測(cè)量計(jì)（右）感測(cè)從量子位（左）發(fā)出的非常微弱的輻射（藝術(shù)圖）。

圖片來(lái)源：亞歷山大·卡基寧/阿爾托大學(xué)

據(jù)最新一期《自然·電子學(xué)》雜志報(bào)道，芬蘭阿爾托大學(xué)研究人員首次使用超靈敏熱探測(cè)器測(cè)量量子比特，繞開(kāi)了海森堡不確定性原理限制。他們證明，將輻射熱測(cè)量計(jì)用作超靈敏熱探測(cè)器可足夠精確地單次讀取量子比特，且它們消耗的功率是典型參量放大器的萬(wàn)分之一。

海森堡不確定性原理決定了人們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道信號(hào)的位置和動(dòng)量、電壓和電流。因此，它適用于使用參數(shù)電壓—電流放大器進(jìn)行的量子比特測(cè)量。但輻射熱測(cè)量計(jì)測(cè)量是一種完全不同的方法。輻射熱測(cè)量計(jì)測(cè)量功率或光子數(shù)時(shí)，不必像參量放大器那樣添加源自海森堡不確定性原理的量子噪聲。它通過(guò)微創(chuàng)檢測(cè)接口，可非常微妙地感知量子比特發(fā)出的微波光子。

單次保真度是物理學(xué)家用來(lái)確定設(shè)備在一次測(cè)量中檢測(cè)量子比特狀態(tài)精度有多高的重要指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)能獲得61.8%的單次保真度，讀出持續(xù)時(shí)間約為14微秒。當(dāng)校正量子比特的能量弛豫時(shí)間時(shí)，保真度躍升至92.7%。

研究人員表示，只要稍加改動(dòng)，輻射熱測(cè)量計(jì)就能在200納秒內(nèi)達(dá)到理想的99.9%單次保真度。去除輻射熱測(cè)量計(jì)和芯片之間的其他不必要部件后，不僅讀出保真度有更大改善，而且測(cè)量設(shè)備也將更小、更簡(jiǎn)單，從而使放大到更高的量子比特?cái)?shù)變得更可行。

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