科技日報記者 劉霞
瑞典查爾姆斯理工大學科學家研制出一款革命性的放大器。這款設備不僅能耗僅為現有頂級放大器的十分之一，還創(chuàng)新性地采用脈沖操作模式，即僅在讀取量子比特信息時“激活”，從而大幅減少量子系統(tǒng)的退相干效應，向擴大量子計算機規(guī)模邁出了重要一步。相關成果發(fā)表于最新一期《微波論與技術匯刊》雜志。
作為量子計算中用于編碼數據的基本信息單位，量子比特與經典計算機中只能表示0或1的二進制位比特不同。量子疊加導致量子比特可以同時處于0和1的疊加狀態(tài)。這意味著一臺擁有20個量子比特的計算機，能同時表征超百萬種不同的狀態(tài)，這種特性讓量子計算機在藥物研發(fā)、密碼破解、人工智能等領域展現出巨大潛力。
然而，量子比特極其脆弱，任何微小的溫度波動、電磁干擾甚至測量過程本身，都可能破壞其量子態(tài)（即退相干），導致信息丟失。鑒于此，讀取量子信息需要超高靈敏度微波放大器，但傳統(tǒng)放大器持續(xù)工作時產生的熱量會加劇退相干。如何平衡“高精度讀取”與“低干擾保護”，成為量子計算發(fā)展的關鍵瓶頸，科學家們競相研發(fā)高性能放大器。
新型放大器的突破之處在于其“按需工作”的能力。如同聲控燈只在檢測到聲音時亮起，這款放大器僅在讀取量子比特信號時才激活。而且，團隊借助遺傳編程算法優(yōu)化，使其響應時間縮短至35納秒，完美匹配了量子脈沖的快速讀取需求。
新研制的設備在保持高性能的同時，功耗卻很低。不僅解決了量子比特讀取過程中的能耗與干擾難題，更為未來大規(guī)模量子計算機的集成奠定了硬件基礎。
總編輯圈點
量子計算從實驗室走向實用化需要多項技術支持。其中，能緩解量子系統(tǒng)中長期存在的讀取干擾問題，那無疑是實質性的進步。本文中放大器的最大優(yōu)勢在于“按需啟動”的工作機制，使其僅在必要時運行，大幅降低背景噪聲與熱干擾，從而延長量子態(tài)的保持時間。這對于提升量子計算的穩(wěn)定性、減少錯誤率具有重要意義。未來，隨著量子比特數量的增加，如何實現精準、獨立的測量將成核心挑戰(zhàn)，而這款放大器則提供了切實可行的技術路徑。
