科技日報記者 張夢然

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算的量子比特數(shù)量鋪平道路，還為架設(shè)基于光纖連接、可在室溫下運行的超導(dǎo)量子計算機(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)模量子計算機(jī)方面具有巨大潛力，但其擴(kuò)展性受限于對電信號的依賴和低溫硬件的需求。

此次，通過使量子比特能夠“理解”光纖傳輸?shù)男畔?，研究團(tuán)隊顯著減少了測量所需的低溫硬件數(shù)量。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，團(tuán)隊開發(fā)了一種方法來將光信號轉(zhuǎn)換成量子比特可以識別的微波頻率，并能將量子比特響應(yīng)的微波信號再轉(zhuǎn)回光學(xué)信號。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關(guān)，量子比特可以直接與外部世界相連。

要讓量子計算機(jī)進(jìn)行有意義的計算，通常需要數(shù)千乃至數(shù)百萬個量子比特。然而，由于檢測和測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)施難以滿足需求。新技術(shù)大幅降低了測量超導(dǎo)量子比特時的熱負(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際計算中。

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

總編輯圈點：

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)的方法來增加可用于計算的量子比特數(shù)量。這一方面避免了傳統(tǒng)電信號帶來的誤差和復(fù)雜性，另一方面推動了超導(dǎo)量子比特技術(shù)的進(jìn)步。近來，國際上量子領(lǐng)域研究成果頻出，開辟了多條通往未來量子信息處理的新路徑，也預(yù)示著實用級量子計算網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)或指日可待。