繞開海森堡不確定性原理限制，超靈敏熱探測器精確讀取量子比特

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用微型輻射熱測量計（右）感測從量子位（左）發(fā)出的非常微弱的輻射（藝術(shù)圖）。圖片來源：亞歷山大·卡基寧/阿爾托大學(xué)

科技日報記者 張佳欣

據(jù)最新一期《自然·電子學(xué)》雜志報道，芬蘭阿爾托大學(xué)研究人員首次使用超靈敏熱探測器測量量子比特，繞開了海森堡不確定性原理限制。他們證明，將輻射熱測量計用作超靈敏熱探測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分之一。

海森堡不確定性原理決定了人們不可能同時準(zhǔn)確地知道信號的位置和動量、電壓和電流。因此，它適用于使用參數(shù)電壓－電流放大器進行的量子比特測量。但輻射熱測量計測量是一種完全不同的方法。輻射熱測量計測量功率或光子數(shù)時，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。它通過微創(chuàng)檢測接口，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)家用來確定設(shè)備在一次測量中檢測量子比特狀態(tài)精度有多高的重要指標(biāo)。實驗中，研究團隊能獲得61.8%的單次保真度，讀出持續(xù)時間約為14微秒。當(dāng)校正量子比特的能量弛豫時間時，保真度躍升至92.7%。

研究人員表示，只要稍加改動，輻射熱測量計就能在200納秒內(nèi)達到理想的99.9%單次保真度。去除輻射熱測量計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，而且測量設(shè)備也將更小、更簡單，從而使放大到更高的量子比特數(shù)變得更可行。

總編輯圈點

要在量子計算機中實現(xiàn)更高的量子比特數(shù)，需要不斷進行新的工程設(shè)計。在這場升級競賽中，最棘手的障礙之一就是改進量子比特的測量方法。傳統(tǒng)上，被稱為參量放大器的設(shè)備被用以進行這些測量。但顧名思義，這種設(shè)備會放大從量子比特拾取的微弱信號，從而產(chǎn)生不必要的噪聲。如果沒有額外的大型元件保護，還可能導(dǎo)致量子比特退相干。此次的新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，可謂優(yōu)勢明顯——它能夠獲得更為準(zhǔn)確、穩(wěn)定的量子比特測量結(jié)果。