瑞典查爾姆斯理工大學(xué)科學(xué)家研制出一款革命性的放大器。這款設(shè)備不僅能耗僅為現(xiàn)有頂級(jí)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(shí)“激活”，從而大幅減少量子系統(tǒng)的退相干效應(yīng)，向擴(kuò)大量子計(jì)算機(jī)規(guī)模邁出了重要一步。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《微波論與技術(shù)匯刊》雜志。

作為量子計(jì)算中用于編碼數(shù)據(jù)的基本信息單位，量子比特與經(jīng)典計(jì)算機(jī)中只能表示0或1的二進(jìn)制位比特不同。量子疊加導(dǎo)致量子比特可以同時(shí)處于0和1的疊加狀態(tài)。這意味著一臺(tái)擁有20個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)，能同時(shí)表征超百萬(wàn)種不同的狀態(tài)，這種特性讓量子計(jì)算機(jī)在藥物研發(fā)、密碼破解、人工智能等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。

然而，量子比特極其脆弱，任何微小的溫度波動(dòng)、電磁干擾甚至測(cè)量過(guò)程本身，都可能破壞其量子態(tài)（即退相干），導(dǎo)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(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)加劇退相干。如何平衡“高精度讀取”與“低干擾保護(hù)”，成為量子計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸，科學(xué)家們競(jìng)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?zé)糁辉跈z測(cè)到聲音時(shí)亮起，這款放大器僅在讀取量子比特信號(hào)時(shí)才激活。而且，團(tuán)隊(duì)借助遺傳編程算法優(yōu)化，使其響應(yīng)時(shí)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(shè)備在保持高性能的同時(shí)，功耗卻很低。不僅解決了量子比特讀取過(guò)程中的能耗與干擾難題，更為未來(lái)大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的集成奠定了硬件基礎(chǔ)。

量子計(jì)算從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没枰囗?xiàng)技術(shù)支持。其中，能緩解量子系統(tǒng)中長(zhǎng)期存在的讀取干擾問(wèn)題，那無(wú)疑是實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。本文中放大器的最大優(yōu)勢(shì)在于“按需啟動(dòng)”的工作機(jī)制，使其僅在必要時(shí)運(yùn)行，大幅降低背景噪聲與熱干擾，從而延長(zhǎng)量子態(tài)的保持時(shí)間。這對(duì)于提升量子計(jì)算的穩(wěn)定性、減少錯(cuò)誤率具有重要意義。未來(lái)，隨著量子比特?cái)?shù)量的增加，如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、獨(dú)立的測(cè)量將成核心挑戰(zhàn)，而這款放大器則提供了切實(shí)可行的技術(shù)路徑。