新型高精度溫度計可快速測量量子計算機溫度 為量子熱力學領域打開新大門

據美國《每日科學》網站23日消息，瑞典哥德堡查爾姆斯理工大學的研究人員開發了一種新型溫度計，借助其可以實現在量子計算過程中，直接以極高的精度簡單、快速地測量溫度。相關研究成果發表在《物理評論X》期刊上。

這一新穎的溫度計概念依賴于共振驅動的量子發射器的相干散射和非相干散射之間的相互作用。發射器強耦合到被測波導的末端。而波導中的熱光子會導致連續記錄的相干散射信號出現可測量的下降。通過這種方式，研究人員就可以讀取微波波導傳播模式中的光子數——這與溫度相對應。其實現方式采用了以千兆赫頻率運行的超導電路，具有簡單、大帶寬、高靈敏度和可忽略不計的功耗等特點。

量子力學現象，如疊加、糾纏和退相干，不僅對未來的計算意味著一場革命，而且潛在地也意味著熱力學的一場革命。在納米尺度下工作時，熱力學定律很可能會發生某種程度的變化，這種變化未來可能會被利用來生產更強大的發動機、充電速度更快的電池等。現在，利用新型溫度計，科學家可測量來自充當量子熱機或冰箱的電路對熱微波的散射。

研究人員稱，這一突破為量子計算提供了一個極具價值的基準工具，并為量子熱力學領域的實驗打開了新大門。

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

研究人員的目標是在2030年之前建造一臺基于超導電路的量子計算機——至少有100個功能良好的量子位，且可以進行正確的計算。它要求處理器的工作溫度接近絕對零度，理想情況下最低可達10毫開爾文。新的溫度計為研究人員提供了一個重要的工具，用來衡量他們系統的優缺點。報道稱這是改進技術和實現目標的必要步驟。

該校微技術與納米科學系教授佩爾·德爾辛表示：“一定的溫度與給定的熱光子數相對應，這個數隨溫度呈指數下降。如果我們成功地將波導與量子位相遇處的溫度降低到10毫開爾文，我們的量子位出錯的風險就會大大降低。”(張佳欣)