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突破瓶颈!瑞典研究人员开发了一种新型高精度温度计 可以为量子计算机快速测量温度

瑞典哥德堡查尔莫斯理工大学的研究人员最近开发了一种新型温度计,它可以在量子计算中以非常高的精度简单快速地测量温度。

这一突破为有价值的量子计算提供了一个基准工具,并在令人兴奋的量子热力学领域开辟了相关实验。

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,并在传输过程中冷却到低温。波导管还可以衰减和过滤脉冲,使非常灵敏的量子计算机可以在稳定的量子状态下工作。

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,即引导脉冲被传输到计算机的固定位置。在尽可能低的温度下工作可以将量子位出错的风险降到最低。

此前,科学家只能以相对较大的延迟间接测量这一温度。现在,有了查尔莫斯研究人员的新温度计,可以直接从波导的接收端测量非常低的温度。——非常精确,时间分辨率非常高。

“我们的温度计是超导电路,直接连接到被测波导的一端。相对简单的——,可能是世界上最快最灵敏的密尔开尔文温度计。”查尔莫斯理工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年建造一台基于超导电路的量子计算机,该计算机必须至少有100次运行良好的验证,才能进行正确的计算。它要求处理器的工作温度接近绝对零度,最好是10毫克尔温。新的温度计为研究人员提供了测量他们的系统和缺点的重要工具,也是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,这个数量随温度呈指数下降."供应商还需要精确的温度测量,他们需要确保其组件的质量,例如用于将信号处理到量子空间的电缆。

量子热力学领域的新机遇

重叠、纠缠、退相干等量子力学现象,不仅意味着未来计算的革命,也意味着热力学的革命。当你在纳米尺度下工作时,热力学定律很可能会发生某种变化。有一天,这种变化可能会被用来生产更强大的电机、更快的可充电电池等。

“15-20年来,人们一直在研究量子现象是如何改变热力学定律的,但发现真正的量子热力学的好处仍然是公开的和更广泛的。”西蒙尼加斯帕里内蒂说。他最近成立了自己的研究小组,并计划参与这项研究和一系列新实验。

例如,一种新的温度计可以测量来自量子热机或冰箱电路的热微波散射。

在经典热力学的发展中,普通温度计是不可或缺的。查尔莫斯大学微技术与纳米科学系的Marco Scigliuzzo博士说,研究人员希望——温度计在未来被视为量子热力学发展的关键因素。

汇编/未来经济学家应用信息组