新型高精度溫度計(jì)可快速測量量子計(jì)算機(jī)溫度 為量子熱力學(xué)領(lǐng)域打開新大門

據(jù)美國《每日科學(xué)》網(wǎng)站23日消息，瑞典哥德堡查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新型溫度計(jì)，借助其可以實(shí)現(xiàn)在量子計(jì)算過程中，直接以極高的精度簡單、快速地測量溫度。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論X》期刊上。

這一新穎的溫度計(jì)概念依賴于共振驅(qū)動(dòng)的量子發(fā)射器的相干散射和非相干散射之間的相互作用。發(fā)射器強(qiáng)耦合到被測波導(dǎo)的末端。而波導(dǎo)中的熱光子會(huì)導(dǎo)致連續(xù)記錄的相干散射信號(hào)出現(xiàn)可測量的下降。通過這種方式，研究人員就可以讀取微波波導(dǎo)傳播模式中的光子數(shù)——這與溫度相對(duì)應(yīng)。其實(shí)現(xiàn)方式采用了以千兆赫頻率運(yùn)行的超導(dǎo)電路，具有簡單、大帶寬、高靈敏度和可忽略不計(jì)的功耗等特點(diǎn)。

量子力學(xué)現(xiàn)象，如疊加、糾纏和退相干，不僅對(duì)未來的計(jì)算意味著一場革命，而且潛在地也意味著熱力學(xué)的一場革命。在納米尺度下工作時(shí)，熱力學(xué)定律很可能會(huì)發(fā)生某種程度的變化，這種變化未來可能會(huì)被利用來生產(chǎn)更強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)、充電速度更快的電池等?，F(xiàn)在，利用新型溫度計(jì)，科學(xué)家可測量來自充當(dāng)量子熱機(jī)或冰箱的電路對(duì)熱微波的散射。

研究人員稱，這一突破為量子計(jì)算提供了一個(gè)極具價(jià)值的基準(zhǔn)工具，并為量子熱力學(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)打開了新大門。

“我們的溫度計(jì)是超導(dǎo)電路，可直接連接到被測波導(dǎo)的末端。它以毫克爾文為單位，可能是世界上最快、最靈敏的溫度計(jì)。”助理教授西蒙娜·加斯帕瑞內(nèi)蒂說。

研究人員的目標(biāo)是在2030年之前建造一臺(tái)基于超導(dǎo)電路的量子計(jì)算機(jī)——至少有100個(gè)功能良好的量子位，且可以進(jìn)行正確的計(jì)算。它要求處理器的工作溫度接近絕對(duì)零度，理想情況下最低可達(dá)10毫開爾文。新的溫度計(jì)為研究人員提供了一個(gè)重要的工具，用來衡量他們系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。報(bào)道稱這是改進(jìn)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的必要步驟。

該校微技術(shù)與納米科學(xué)系教授佩爾·德爾辛表示：“一定的溫度與給定的熱光子數(shù)相對(duì)應(yīng)，這個(gè)數(shù)隨溫度呈指數(shù)下降。如果我們成功地將波導(dǎo)與量子位相遇處的溫度降低到10毫開爾文，我們的量子位出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)大大降低。”(張佳欣)