科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

奧地利科學(xué)技術(shù)研究所（ISTA）物理學(xué)家在量子信息領(lǐng)域取得了關(guān)鍵性進(jìn)展：實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)量子比特的全光學(xué)讀取。這一成果不僅為增加可用于計(jì)算的量子比特?cái)?shù)量鋪平道路，還為架設(shè)基于光纖連接、可在室溫下運(yùn)行的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)論文發(fā)表在最新的《自然·物理學(xué)》雜志上。

量子比特作為量子信息的基本單位，對(duì)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。超導(dǎo)量子比特在構(gòu)建大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)方面具有巨大潛力，但其擴(kuò)展性受限于對(duì)電信號(hào)的依賴(lài)和低溫硬件的需求。

此次，通過(guò)使量子比特能夠“理解”光纖傳輸?shù)男畔ⅲ芯繄F(tuán)隊(duì)顯著減少了測(cè)量所需的低溫硬件數(shù)量。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種方法來(lái)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成量子比特可以識(shí)別的微波頻率，并能將量子比特響應(yīng)的微波信號(hào)再轉(zhuǎn)回光學(xué)信號(hào)。這使得紅外光可以在不破壞量子比特超導(dǎo)性的前提下被發(fā)送到它們附近。使用光電換能器作為開(kāi)關(guān)，量子比特可以直接與外部世界相連。

要讓量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行有意義的計(jì)算，通常需要數(shù)千乃至數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子比特。然而，由于檢測(cè)和測(cè)量這些量子比特所需的低溫冷卻條件非常嚴(yán)格，基礎(chǔ)設(shè)施難以滿(mǎn)足需求。新技術(shù)大幅降低了測(cè)量超導(dǎo)量子比特時(shí)的熱負(fù)荷，從而可能突破當(dāng)前的技術(shù)限制，允許更多量子比特用于實(shí)際計(jì)算中。

此外，該技術(shù)還能簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的讀取系統(tǒng)，減少因電信號(hào)導(dǎo)致的誤差，降低對(duì)昂貴且復(fù)雜的電氣元件的依賴(lài)。通過(guò)用光電傳感器取代傳統(tǒng)電氣組件，整個(gè)系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定高效，同時(shí)也降低了成本。這種創(chuàng)新同樣支持科學(xué)家利用光連接多臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步擴(kuò)大了可用超導(dǎo)量子比特的數(shù)量，標(biāo)志著量子計(jì)算領(lǐng)域的重大進(jìn)步。

總編輯圈點(diǎn)：

這一成果的重要性，在于它提供了一種更加高效、穩(wěn)健且經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)增加可用于計(jì)算的量子比特?cái)?shù)量。這一方面避免了傳統(tǒng)電信號(hào)帶來(lái)的誤差和復(fù)雜性，另一方面推動(dòng)了超導(dǎo)量子比特技術(shù)的進(jìn)步。近來(lái)，國(guó)際上量子領(lǐng)域研究成果頻出，開(kāi)辟了多條通往未來(lái)量子信息處理的新路徑，也預(yù)示著實(shí)用級(jí)量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)或指日可待。