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检测器的新突破突破了量子计算的界限

阿尔托大学和芬兰VTT技术研究中心的物理学家开发了一种新的探测器,用于以前所未有的分辨率测量能量量子。这一发现可能有助于将量子计算带出实验室并进入实际应用。结果已经在《自然》杂志上发表。

检测器的新突破突破了量子计算的界限

团队工作的探测器类型称为辐射热计,它通过测量辐射器加热多少来测量入射辐射的能量。阿尔托(Aalto)的MikkoMöttönen教授的量子计算和设备小组在过去的十年中一直在发展用于量子计算的辐射热测量计方面的专业知识,现在已经开发出一种可以与当前量子计算机中使用的最新检测器相匹配的设备。

Möttönen说:“我们能够年复一年地改进辐射热计的规格,这真是令人惊讶,现在我们踏上了进入量子设备世界的激动人心的旅程。”

测量量子位的能量是量子计算机如何工作的核心。当前大多数量子计算机通过测量由量子位感应的电压来测量量子位的能量状态。但是,电压测量存在三个问题:首先,测量电压需要大量的放大电路,这可能会限制量子计算机的可扩展性。其次,该电路消耗大量功率。第三,电压测量会携带量子噪声,这会在量子位读数中引入误差。量子计算机研究人员希望,通过使用辐射热测量仪来测量量子位能量,他们可以克服所有这些并发症,现在,莫特嫩教授的团队已经开发出了一种速度足够快,灵敏度足以胜任这项工作的技术。

Möttönen教授说:“辐射强度计正在进入量子技术领域,也许它们的第一个应用可能是从量子位中读取量子信息。辐射强度计的速度和准确性现在看来是最合适的。”

该团队以前曾生产过一种由金-钯合金制成的辐射热计,它的测量具有无与伦比的低噪声水平,但在量子计算机中测量量子位仍然太慢。这项新工作的突破是通过将辐射热计由金钯合金制成,再由石墨烯制成。为此,他们与阿尔托大学的Pertti Hakonen教授的NANO小组合作,后者在制造基于石墨烯的器件方面具有专业知识。石墨烯的热容量非常低,这意味着可以快速检测其能量中很小的变化。正是这种检测能量差异的速度,使其非常适合于辐射热计,可用于测量量子位和其他实验量子系统。通过交换到石墨烯,

Hakonen教授说:“更改为石墨烯可以使检测器速度提高100倍,而噪声水平保持不变。在获得这些初步结果之后,我们仍然可以做很多优化工作,以使设备变得更好。”

既然新的辐射热测量计可以在速度方面竞争,那么希望是利用辐射热测量计在量子技术中的其他优势。尽管当前工作中报告的辐射热测量仪的性能与当前最新的电压测量水平相当,但未来的辐射热测量仪有可能胜过它们。目前的技术受到海森堡不确定性原理的限制:电压测量将始终具有量子噪声,而辐射热测量计则不会。更高的理论精度,再加上更低的能量需求和更小的尺寸(石墨烯薄片可以舒适地放入单个细菌中),这意味着辐射热计是一种令人兴奋的量子计算新设备概念。

他们下一步的研究是实时解决使用辐射热测量仪观测到的最小能量包,并使用辐射热测量仪测量微波光子的量子特性,这些微波光子不仅在计算和通信等量子技术中具有令人兴奋的应用,而且对量子物理学有基本的了解。

许多参与研究人员的科学家也在IQM工作,IQM是阿尔托大学的一部分衍生产品,用于开发量子计算机技术。参与这项研究的IQM联合创始人Kuan Yen Tan博士解释说:“ IQM一直在寻找新的方法来增强其量子计算机技术,而这种新型测辐射热计确实符合要求。”

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点击次数:更新时间2020-10-13【打印此页】??【关闭
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