阿尔托大学 电场控制的石墨烯测辐射热计的艺术图像
信用:Heikka Valja
阿尔托大学和芬兰VTT技术研究中心的物理学家开发了一种新的探测器，可以以前所未有的分辨率测量能量量子
这一发现可能有助于将量子计算带出实验室并应用于现实世界
研究结果已经发表在今天的《自然》杂志上
该小组研究的探测器类型被称为测辐射热计，它通过测量辐射对探测器的加热程度来测量入射辐射的能量
在过去的十年里，阿尔托大学米科·莫特南教授的量子计算和设备小组一直在发展他们在量子计算测辐射热计方面的专业知识，现在已经开发出了一种可以与量子计算机中使用的当前最先进的探测器相匹配的设备
“令人惊讶的是，我们年复一年地改进了测辐射热计的规格，现在我们开始了进入量子器件世界的激动人心的旅程，”莫特南说
测量量子比特的能量是量子计算机运行的核心
目前大多数量子计算机通过测量量子位感应的电压来测量量子位的能量状态
然而，电压测量有三个问题:首先，测量电压需要大量的放大电路，这可能会限制量子计算机的可扩展性；其次，该电路消耗大量功率；第三，电压测量携带量子噪声，这在量子位读出中引入了误差
量子计算机研究人员希望通过使用测辐射热计来测量量子位能量，他们可以克服所有这些复杂问题，现在莫特宁教授的团队已经开发出了一种速度足够快、灵敏度足够高的仪器来完成这项工作
“测辐射热计现在正在进入量子技术领域，也许它们的第一个应用可能是从量子比特中读出量子信息
“测辐射热计的速度和精度现在似乎正适合它，”莫特南教授说
石墨烯辐射热计及其工作原理
信用:埃拉·马鲁工作室 该团队此前已经生产了一种由金钯合金制成的测辐射热计，在测量中具有无与伦比的低噪声水平，但在量子计算机中测量量子比特仍然太慢
这项新工作的突破是通过从用金钯合金制造测辐射热计到用石墨烯制造测辐射热计的转换来实现的
为了做到这一点，他们与珀蒂·哈科宁教授的纳米小组——也在阿尔托大学——合作，他们在制造石墨烯基器件方面有专长
石墨烯的热容量非常低，这意味着可以快速检测到其能量的微小变化
正是这种探测能量差异的速度，使它成为测量量子位和其他实验量子系统的理想测辐射热计
通过换成石墨烯，研究人员已经制造出一种测辐射热计，它可以在远低于1微秒的时间内进行测量，速度与目前用于测量量子位的技术一样快
“改用石墨烯将探测器速度提高了100倍，而噪声水平保持不变
在取得这些初步结果后，我们仍有许多优化可以做，以使该设备更好，”哈科宁教授说
现在新的测辐射热计在速度方面可以竞争，希望是利用测辐射热计在量子技术方面的其他优势
虽然当前工作中报告的测辐射热计的性能与当前最先进的电压测量不相上下，但未来的测辐射热计有可能超过它们
目前的技术受到海森堡测不准原理的限制:电压测量总是会有量子噪声，但测辐射热计不会
这种更高的理论精度，加上更低的能量需求和更小的尺寸——石墨烯片可以舒适地容纳在单个细菌中——意味着测辐射热计是量子计算中一个令人兴奋的新设备概念
他们研究的下一步是实时解析使用测辐射热计观测到的最小能量包，并使用测辐射热计测量微波光子的量子特性，这不仅在计算和通信等量子技术中有令人兴奋的应用，而且在量子物理的基础理解中也有令人兴奋的应用
许多参与研究的科学家也在IQM工作，IQM是阿尔托大学发展量子计算机技术的一个分支
“IQM一直在寻找新的方法来提高它的量子计算机技术，这种新的测辐射热计当然符合这个要求，”Dr
也参与了这项研究的IQM联合创始人谭宽延
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