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的溫度計，可以在量子計算過程中簡單而快速地測量溫度，並具有極高的准確性。這一突破為量子計算提供了一個具有重大價值的基準工具–並為令人興奮的量子熱力學領域的實驗開辟了道路。
前面是新的晶片上的量子溫度計。據查爾姆斯大學的研究人員說，這可能是世界上最快和最敏感的溫度計，用於測量波導冷端在毫開爾文尺度上的溫度。
圖像來自查爾姆斯理工大學
量子計算機的一個關鍵組成部分是同軸電纜和波導–引導波形的結構，並作為量子處理器和控制它的經典電子產品之間的重要連接渠道。微波脈沖沿著波導到達量子處理器，並在途中被冷卻到極低的溫度。波導還對脈沖進行衰減和過濾，使極其敏感的量子計算機能夠以穩定的量子狀態工作。
為了最大限度地控制這一機制，研究人員需要確保這些波導在其發送的脈沖之上不攜帶由於電子的熱運動而產生的噪音。換句話說，他們必須測量微波波導冷端電磁場的溫度，也就是控制脈沖傳遞給計算機量子比特的那一點。在盡可能低的溫度下工作可以最大限度地減少在量子比特中引入錯誤的風險。
Scigliuzzo等人在實驗中使用的超導電路的藝術印象（左），以及其在單一激發量子水平上測量熱微波的能力（右）。資料來源：Neuroncollective.com/查爾姆斯理工大學
到目前為止，研究人員只能間接地測量這種溫度，有相對較大的延遲。現在，通過查爾姆斯大學研究人員的新型溫度計，可以在波導的接收端直接測量非常低的溫度–非常準確，而且具有極高的時間解析度。這對於測量量子計算機性能非常重要。
瓦倫堡量子技術中心（WACQT）的研究人員的目標是建立一台量子計算機–基於超導電路–至少有100個功能良好的量子比特，在2030年前進行正確的計算。它要求處理器的工作溫度接近絕對零度，最好低至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，用於測量他們的系統有多好以及存在哪些不足之處–這是能夠完善技術和實現目標的必要步驟。
每一個存在的光子都會毀掉量子比特。在典型的操作頻率下，溫度從20mK上升到30mK意味著50倍的熱光子，因此出錯的風險也會高出50倍。一定的溫度對應著一定數量的熱光子，而這個數量隨著溫度的升高呈指數級下降。如果成功地將波導與量子比特相遇的那一端的溫度降低到10毫開，那麼我們的量子比特出現錯誤的風險就會大大降低。
精確的溫度測量對於需要能夠保證其部件質量的供應商來說也是必要的，例如用於處理低至量子態信號的電纜。
疊加、糾纏和退相乾等量子力學現象不僅意味著未來計算的革命，也可能是熱力學的革命。很可能熱力學定律在納米尺度下工作時發生了某種變化，有朝一日可以利用這種方式來生產更強大的發動機、更快的充電電池等等。
例如，新的溫度計可以測量作為量子熱引擎或冰箱的電路對熱微波的散射。
來源：cnBeta
