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        量子计算机可以解决极其复杂的问题，为药物开发、加密、人工智能和物流等领域带来新的可能性。 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，只有在从量子比特读取信息时才会激活。 由于其智能设计，它消耗的功率仅为当今最好的功放所消耗的十分之一。 这减少了量子比特退相干，并为更强大的量子计算机，具有更多的量子比特和增强的性能。

         位是传统计算机的构建块，只能具有 1 或 0 的值。 相比之下，量子计算机的常见构建块，即量子比特或量子比特，可以同时存在于值为 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 量子比特的量子计算机可以表示超过一百万种不同的状态同时。 这种现象被称为叠加，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来确保这些微弱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、噪声或电磁干扰也会导致量子比特失去其完整性和量子态，从而使信息无法使用。 由于放大器以热量的形式产生输出，因此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。 现在查尔默斯的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构建的最灵敏的放大器。 我们现在已经设法将其功耗降低到当今最佳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，“太赫兹博士生 Yin Zeng 说。查尔默斯的毫米波技术，也是该研究的第一作者发表在期刊上IEEE 微波理论与技术汇刊。

         扩大量子计算机规模的一项重要突破

         这一进步对于扩大量子计算机以容纳比现在更多的量子比特可能具有重要意义。 多年来，查尔默斯一直通过国家研究项目——瓦伦堡量子技术中心积极参与这一领域。 作为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，更大的量子系统还需要更多的放大器，导致更大的总体功耗，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解决方案，其中这些量子比特放大器产生的热量构成了主要限制因素，”查尔姆斯大学微波电子学教授 Jan Grahn 说尹曾的首席主管。

         仅在需要时激活

         与其他低噪声放大器不同，查尔姆斯研究人员开发的新型放大器是脉冲作的，这意味着它仅在需要量子比特放大时激活，而不是始终打开。

         “这是首次演示用于脉冲作中量子读出的低噪声半导体放大器，它不会影响性能，并且功耗大大降低到当前的技术水平，“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被激活得足够快，以跟上量子比特读数的步伐。 Chalmers 团队通过使用一种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来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：

         阅读文章量子比特读数的脉冲 HEMT LNA作IEEE 微波理论和技术汇刊。

         本文作者是 Yin Zeng 和 Jan Grahn，他们都活跃在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，以及活跃于低噪声工厂 AB 的 Jörgen Stenarson 和 Peter Sobis。

         该放大器是使用查尔姆斯理工大学的科尔伯格实验室和瑞典哥德堡的低噪声工厂 AB 开发的。

         该研究项目由查尔姆斯无线基础设施技术中心 （WiTECH） 和 Vinnova 计划资助更智能的电子系统。