超靈敏熱探測器精確讀取量子比特

用微型輻射熱測量計（右）感測從量子位（左）發出的非常微弱的輻射（藝術圖）

據最新一期《自然·電子學》雜志報道，芬蘭阿爾托大學研究人員首次使用超靈敏熱探測器測量量子比特，繞開了海森堡不確定性原理限制。他們證明，將輻射熱測量計用作超靈敏熱探測器可足夠精確地單次讀取量子比特，且它們消耗的功率是典型參量放大器的萬分之一。

海森堡不確定性原理決定了人們不可能同時準確地知道信號的位置和動量、電壓和電流。因此，它適用于使用參數電壓－電流放大器進行的量子比特測量。但輻射熱測量計測量是一種完全不同的方法。輻射熱測量計測量功率或光子數時，不必像參量放大器那樣添加源自海森堡不確定性原理的量子噪聲。它通過微創檢測接口，可非常微妙地感知量子比特發出的微波光子。

單次保真度是物理學家用來確定設備在一次測量中檢測量子比特狀態精度有多高的重要指標。實驗中，研究團隊能獲得61.8%的單次保真度，讀出持續時間約為14微秒。當校正量子比特的能量弛豫時間時，保真度躍升至92.7%。

研究人員表示，只要稍加改動，輻射熱測量計就能在200納秒內達到理想的99.9%單次保真度。去除輻射熱測量計和芯片之間的其他不必要部件后，不僅讀出保真度有更大改善，而且測量設備也將更小、更簡單，從而使放大到更高的量子比特數變得更可行。