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        量子计算机可以解决极其复杂的问题，在药物开发、加密、人工智能和物流等领域解锁新的可能性。 现在，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员开发了一种高效的放大器，该放大器仅在读取量子比特的信息时激活。 得益于其智能设计，它消耗的功率仅为当今最好的放大器的十分之一。 这减少了量子比特退相干性，并为功能更强大的量子计算机，具有明显更多的量子比特和增强的性能。

         位是传统计算机的构建块，其值只能为 1 或 0。 相比之下，量子计算机的常见构建块（量子比特或量子比特）可以同时存在于具有值 1 和 0 的状态中，也可以以任意组合存在于两者之间的所有状态中。 这意味着一台 20 量子比特量子计算机可以表示超过 100 万种不同的状态同时。 这种现象称为叠加，是量子计算机能够解决当今传统超级计算机无法解决的异常复杂的问题的关键原因之一。

         放大器是必不可少的 - 但会导致退相干

         为了能够利用量子计算机的计算能力，必须测量量子比特并将其转换为可解释的信息。 这个过程需要极其灵敏的微波放大器，以确保这些微弱的信号被准确检测和读取。 然而，读取量子信息是一项极其微妙的工作 - 即使是最轻微的温度波动、噪声或电磁干扰也可能导致量子比特失去其完整性、量子状态，从而使信息不可用。 因为放大器以热量的形式产生输出，所以它们也会导致退相干。 因此，该领域的研究人员一直在追求更高效的量子比特放大器。 现在Chalmers 研究人员凭借其新型高效放大器向前迈出了重要一步。

         “这是当今可以使用晶体管制造的最灵敏的放大器。 现在，我们已经成功地将其功耗降低到当今最好的放大器所需功耗的十分之一，而不会影响性能。 我们希望并相信，这一突破将在未来实现更准确的量子比特读数，“太赫兹和毫米波技术，该研究的第一作者发表在《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》杂志上。

         扩展量子计算机的重要突破

         这一进步对于扩展量子计算机以容纳比今天多得多的量子比特可能具有重大意义。 多年来，Chalmers 一直通过国家研究计划瓦伦堡量子技术中心积极参与这一领域。 由于量子比特的数量增加，计算机的计算能力和处理高度复杂计算的能力也随之增加。 然而，更大的量子系统也需要更多的放大器，从而导致更高的总功耗，这可能导致量子比特的退相干。

         “这项研究为量子计算机的未来升级提供了一种解决方案，在这些量子计算机中，这些量子比特放大器产生的热量构成了主要的限制因素，”Chalmers 微波电子学教授 Jan Grahn 说以及 Yin Zeng 的首席导师。

         仅在需要时激活

         与其他低噪声放大器不同，Chalmers 研究人员开发的新放大器是脉冲作的，这意味着它仅在量子比特放大需要时激活，而不是始终打开。

         “这是首次演示低噪声半导体放大器在脉冲作中用于量子读出，不会影响性能，并且与相比，功耗大大降低到目前的技术水平，“Jan Grahn 说。

         由于量子信息以脉冲形式传输，因此关键挑战之一是确保放大器激活得足够快，以跟上量子比特读数的速度。 Chalmers 团队通过使用改进放大器作的算法设计智能放大器来解决这个问题。 为了验证他们的方法，他们还开发了一种新技术，用于测量脉冲作的低噪声的噪声和放大微波放大器。

         “我们使用基因编程来实现对放大器的智能控制。 因此，它对传入的量子比特脉冲的响应速度要快得多，只需 35 纳秒，“Yin Zeng 说。

         有关该研究的更多信息：

         阅读文章用于量子比特读取的脉冲 HEMT LNA作在 IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.

         本文由 Yin Zeng 和 Jan Grahn 撰写，他们都活跃于太赫兹和毫米波技术实验室。查尔姆斯理工大学微技术和纳米科学系，以及 Jörgen Stenarson 和 Peter Sobis，他们都活跃于 Low Noise Factory AB。

         该放大器由查尔姆斯理工大学的 Kollberg 实验室和瑞典哥德堡的 Low Noise Factory AB 开发。

         该研究项目由 Chalmers 无线基础设施技术中心 （WiTECH） 和 Vinnova 计划Smarter 电子系统资助。