摘要：Qubits - 量子信息的基本单位 - 驱动整个技术领域。其中，超导Qubits可能有助于构建大型量子计算机，但它们依靠电信号且难以扩展。在突破中，一组物理学家已经实现了超导量子的完全光学读数，将技术推向了当前的局限性。...
Qubits - 量子信息的基本单位 - 驱动整个技术领域。其中，超导Qubits可能有助于构建大型量子计算机，但它们依靠电信号且难以扩展。在一个突破中，奥地利科学技术研究所（ISTA）的物理学家团队已经实现了超导量子的完全光学读数，将技术推向了当前的限制。他们的发现现在发表在自然物理学。
在长达一年的集会之后，量子计算股票仅几天才到国际量子科学和技术的一年几天。这次突然挫折的原因是NVIDIA首席执行官詹森·黄（Jensen Huang）在CES 2025技术贸易展览会上的主题演讲，他预测“非常有用的量子计算机”仍然是二十年了。
除了股票市场和技术贸易展览外，种族还持续到可扩展的量子计算机，这些计算机可能比“古典”计算机更快地执行一些计算。尽管这种有希望的“量子优势”导致了量子硬件的快速发展，但在量子计算机变得“有用”之前，仍必须克服许多技术障碍。
现在，奥地利科学技术研究所（ISTA）的约翰内斯·芬克（Johannes Fink）小组的一组物理学家设法克服了一个重要的限制，这可以帮助扩展量子计算机。通过确保量子位了解光纤的语言，该团队大大减少了测量它们所需的低温硬件量。 “这种新方法可能使我们能够增加量子数的数量，因此它们对计算有用。它还为在室温下通过光纤连接的超导量子计算机建立网络奠定了基础，”联合作者是ISTA Fink Group的前博士学位学生Georg Arnold说。
将光纤晶胞应用于超导量子硬件的挑战
尽管Fiberoptics在电气传输方面具有多个优势并启用了高速通信，但纤维触发器彻底改变了电信行业，但将光学元件应用于Quantum硬件并不是一件容易的事。超导量子计算机在绝对零的温度下使用材料的特殊物理特性，提出了自己的挑战。为了实现超导码头，将微小的电路冷却至极低的温度，在这些温度下，它们会失去所有电阻，因此可以无限期地保持流动电流。 Arnold说：“因此，从定义上讲，超导量子位是电气的。要使它们仅达到几千分之一程度以上的温度。这比空间还要冷。” Arnold说。
但是，电信号的带宽相对较低，这意味着它们每单位时间很少传输信息。它们很容易被噪音淹没，它们也容易出现信息丢失。另外，所需的布线会消散大量热量。因此，“ Qubit读数”，即，通过发送它们反射的电信号来检测和测量Qubits，需要巨大的低温冷却，以及用于过滤和放大的精心且昂贵的电气组件。另一方面，高能光学信号（例如，在电信波长处）在薄光纤纤维中传播微小的损耗。此外，它们的散热耗散较低和带宽较高。因此，如果只有量子位才能理解其语言，则使用它们来按下超导量子硬件的极限将是理想的选择。
将光学信号“翻译”到Qubit
为了实现超导量子硬件的完全光学读数，团队需要找到一种将光学信号“转换为Qubits和areack的方法）。 “理想情况下，人们会尝试摆脱所有电信号，因为所需的布线将大量热量运送到量子庭所在的冷却室中。但这是不可能的，” ISTA Fink Group的博士生托马斯·沃纳（Thomas Werner）说。因此，研究人员想到使用电磁换能器将光学信号转换为微波频率 - 码头可以理解的电信号。作为响应，量楼反映了传感器转换为光学元件的微波信号。沃纳（Werner）强调了这项任务的美味佳肴，“我们表明我们可以将红外光线发送到量子位，而不会使其失去超导性。”使用电气传感器作为开关，使团队可以将Qubits直接连接到外界。
克服贵族障碍和其他优势
要使用量子计算机进行“有用的”计算，需要数千甚至数百万个Qubits。但是，基础设施很难保持，因为低温冷却要求检测和测量它们是过于刺激的。 Arnold说：“我们的技术可以大大降低测量超导量尺的热量。这将使我们能够打破量子屏障并扩大量子计算中可用的量子数量。”
实现超导量子位的完全光学读数也使研究人员可以摆脱其许多繁琐的电气组件的设置。常规读数系统中的电信号非常容易出错，需要使用许多技术限制和昂贵的电气组件进行大规模的信号校正，这也必须将其冷却至低温温度。 Werner说：“因此，通过使用电磁换能器将Qubits与电气基础架构断开连接，我们能够用光学元件替换设置的所有其余部分。”这使系统不仅更加稳健，高效，而且还会降低其成本。
通过室温链接连接超导量子计算机
这项技术可以通过允许科学家使用光进行多台量子计算机来进一步增加可用超导量子的数量。当前，量子计算机需要所谓的“稀释冰箱”来为整个测量设置提供冷却，包括处理器模块之间的任何所需连接。阿诺德说：“但是这些稀释冰箱也有实际的局限性，不能无限大。”反过来，空间和冷却限制限制了可用量子位的数量。但是，现在，使用光纤在两个单独的稀释冰箱中连接两个量子位可能可以触及。 Arnold说：“基础架构可用，现在我们拥有的技术使我们能够构建第一个简单的量子计算网络。”
ISTA物理学家在开发超导量子硬件方面达到了一个重要的里程碑，但还有更多的工作要做。 “我们的原型的性能仍然非常有限 - 特别是关于所需和消散的光功能的量。但是，这是一种原则的证明，即对超导量子的完全光学的读数甚至是可能的。进一步推动该技术是行业的作用。”
