超灵敏热探测器精确读取量子比特

据最新一期《自然·电子学》杂志报道，芬兰阿尔托大学研究人员首次使用超灵敏热探测器测量量子比特，绕开了海森堡不确定性原理限制。他们证明，将辐射热测量计用作超灵敏热探测器可足够精确地单次读取量子比特，且它们消耗的功率是典型参量放大器的万分之一。

海森堡不确定性原理决定了人们不可能同时准确地知道信号的位置和动量、电压和电流。因此，它适用于使用参数电压－电流放大器进行的量子比特测量。但辐射热测量计测量是一种完全不同的方法。辐射热测量计测量功率或光子数时，不必像参量放大器那样添加源自海森堡不确定性原理的量子噪声。它通过微创检测接口，可非常微妙地感知量子比特发出的微波光子。

单次保真度是物理学家用来确定设备在一次测量中检测量子比特状态精度有多高的重要指标。实验中，研究团队能获得61.8%的单次保真度，读出持续时间约为14微秒。当校正量子比特的能量弛豫时间时，保真度跃升至92.7%。

研究人员表示，只要稍加改动，辐射热测量计就能在200纳秒内达到理想的99.9%单次保真度。去除辐射热测量计和芯片之间的其他不必要部件后，不仅读出保真度有更大改善，而且测量设备也将更小、更简单，从而使放大到更高的量子比特数变得更可行。

要在量子计算机中实现更高的量子比特数，需要不断进行新的工程设计。在这场升级竞赛中，最棘手的障碍之一就是改进量子比特的测量方法。传统上，被称为参量放大器的设备被用以进行这些测量。但顾名思义，这种设备会放大从量子比特拾取的微弱信号，从而产生不必要的噪声。如果没有额外的大型元件保护，还可能导致量子比特退相干。此次的新技术与传统技术相比，可谓优势明显——它能够获得更为准确、稳定的量子比特测量结果。