量子领域新突破：科学家揭示量子比特能量损耗机制

量子领域新突破：科学家揭示量子比特能量损耗机制

量子计算作为下一代计算技术的前沿领域，其核心挑战之一是如何保持量子比特的相干性。近日，阿尔托大学科研团队在这一领域取得重要突破，他们通过简单的实验装置揭示了量子比特的热能损耗机制，为解决量子计算中的相干性损耗问题提供了新的思路。

量子比特的相干性

在量子计算中，量子比特（qubit）是信息的基本单位，与经典计算中的比特类似，但具有更强大的计算能力。量子比特的相干性指的是其保持量子态的能力，即不受环境干扰的能力。当量子比特失去相干性时，就会发生退相干，这会导致量子计算的错误。因此，保持量子比特的相干性是构建量子计算机面临的主要工程挑战之一。

研究团队的突破性发现

阿尔托大学物理学家联合国际团队，通过理论和实验证明，超导量子比特的相干性损失可以直接测量为固定量子比特的电路中的热耗散。这一发现对于理解量子计算中的相干性损耗问题具有重要意义。

最先进的量子计算机和超灵敏探测器的核心是超导约瑟夫森结（superconducting Josephson junctions），它是量子比特的基本要素。这些量子比特及其电路是非常高效的导电体。

量子比特中的热耗散

阿尔托大学皮克研究小组的博士后研究员、本研究的第一作者巴扬・卡里米（Bayan Karimi）表示：“尽管在制造高质量量子比特方面取得了快速进展，但仍有一个重要问题尚未解决：热耗散是如何发生的，在哪里发生？”

阿尔托大学教授 Jukka Pekola 补充说：“基于我们小组在量子热力学方面的专业知识，我们已经开发了长期测量这种损耗的方法”。

物理学家们在磨炼量子设备相关技术的竞赛中不断推动更高效的量子比特，这些新数据让研究人员能够更好地了解量子比特是如何衰变的。

实验方法与未来展望

研究团队通过实验装置观察了调整单个约瑟夫森结处电压的影响。他们通过在该结旁边放置一个超灵敏的热吸收器，能够在最高 100GHz 的宽频率范围内被动测量该结在每次相变时发出的微弱辐射。

该研究小组的理论工作是与马德里大学的同事合作完成的。该研究成果于 8 月 22 日发表在《自然-纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志上。

这一突破性发现不仅有助于科学家更好地理解量子比特的衰变机制，还为开发更长相干时间的量子比特提供了新的思路。具有更长相干时间的量子比特可以进行更多操作，从而实现经典计算环境中无法实现的更复杂计算。