阿尔托大学的研究人员通过一个简单的实验装置揭示了量子比特中的热能损失，揭示了量子计算机中超导量子比特的相干性损失。

这项研究涉及物理学家和一个国际团队，重点研究超导约瑟夫森结，这对高性能量子计算至关重要，并提供了对散热及其对量子比特效率影响的见解。

测量超导量子比特相干损耗

来自芬兰阿尔托大学的物理学家和一个国际合作团队已经从理论上和实验上证明，超导量子比特的相干性损失，可以通过保持量子比特的电路中的热耗散直接测量。

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，这是量子比特的基本元素。顾名思义，这些量子比特和它们的电路是非常有效的电导体。

理解量子比特中的热耗散

“尽管在制造高质量量子比特方面进展迅速，但仍有一个重要的未解决问题：热耗散是如何以及在哪里发生的？”阿尔托大学Pico研究小组的博士后研究员、该研究的第一作者巴扬·卡里米（Bayan Karimi）说。

“基于我们团队在量子热力学方面的专业知识，我们已经开发了很长时间的测量这种损失的方法，”阿尔托大学教授朱卡·佩斯卡拉（Jukka Pekola）补充说，他是Pico研究小组的负责人。

随着物理学家在围绕量子设备的技术竞赛中不断推动更高效的量子比特，这些新数据使研究人员能够更好地了解他们的量子比特是如何衰变的。在量子计算方面，具有更长的相干时间的量子比特允许更多的操作，从而导致在经典计算环境中无法实现的更复杂的计算。

追踪热辐射的能量损失

约瑟夫森效应使超导电流的传输成为可能，其中两个紧密间隔的超导材料可以在没有施加电压的情况下支持电流。这项研究的结果是，以前未归因于的能量损失可以追溯到源自量子比特并沿着引线传播的热辐射。

想象一下，在海滩上，篝火给人取暖 —— 周围的空气很冷，但人仍然能感受到火散发出来的温暖。卡里米说，这种类型的辐射会导致量子比特的耗散。

物理学家之前已经注意到这种损失，他们对放置在电路中的数百个约瑟夫森结的大型阵列进行了实验。就像电话游戏一样，其中一个连接点似乎会破坏其他连接点的稳定。

一个简单的实验装置产生了巨大的结果

研究团队最初将这些连接排列成一个阵列，然后开始追溯他们的方法，进行越来越简单的实验。他们最后的实验设置是：观察在单个约瑟夫森结上调整电压的效果。通过在这个结旁边放置一个超灵敏的热吸收器，他们能够被动地测量从这个结在每个相变中发出的非常微弱的辐射，频率范围高达100千兆赫。

该小组的理论工作是与马德里大学的同事合作完成的。这项研究发表在8月22日的《自然纳米技术》杂志上。

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