最新的量子计算效率提升突破主要体现在量子纠错技术和硬件优化的协同创新上。美国耶鲁大学团队在2025年2月实现了首个超越盈亏平衡点的量子纠错系统，其逻辑量子比特的相干时间比物理量子组件延长了2.27倍，

作为传统计算机基本构建单元的比特只能取1或0值。相比之下，量子计算机的基本单元——量子位（qubit）——可以同时存在于1和0的状态以及两者之间的任何叠加态组合中。这意味着20量子位的量子计算机能同时表示超过百万种量子态。这种被称为量子叠加的现象，是量子计算机能解决传统超级计算机无法处理的复杂问题的关键原因之一。

不可或缺却引发退相干的放大器

为利用量子计算机的计算能力，必须测量量子位并将其转化为可解析信息。这个过程需要超灵敏微波放大器来确保微弱量子信号的精确检测。然而量子信息读取极为敏感——最轻微的温度波动、噪音或电磁干扰都会导致量子位丧失量子态完整性。由于放大器会产生热输出，还会引发量子退相干问题。因此研究人员持续寻求更高效的量子位放大器，而查尔姆斯理工大学团队基于晶体管技术的新型放大器取得重要突破。

"这是当前晶体管技术能实现的最灵敏放大器。在保持性能的前提下，我们将其功耗降至现有最佳放大器的十分之一。我们相信这项突破将推动未来更精准的量子位读取。"该研究第一作者、查尔姆斯理工太赫兹与毫米波技术博士生曾胤表示。

量子计算机扩展的关键突破

这项进展对扩展量子计算机规模具有重大意义。随着量子位数量增加，计算机算力将呈指数级提升，但更多放大器带来的功耗增长会加剧量子退相干问题。查尔姆斯理工微波电子学教授Jan Grahn指出："该研究为量子计算机扩展提供了解决方案，破解了放大器发热带来的主要限制瓶颈"。

按需启停的智能控制

与传统低噪放大器不同，新型放大器采用脉冲工作模式：仅在需要读取量子位时激活。研究团队通过遗传算法优化控制逻辑，使放大器能在35纳秒内快速响应量子脉冲。Jan Grahn强调："这是首个实现脉冲工作模式下半导体低噪放大器的量子读取方案，在保持性能的同时显著降低功耗"。

为验证方案，团队创新性地开发了脉冲微波放大器噪声与增益测量技术。该放大器在查尔姆斯理工Kollberg实验室研制，采用高电子迁移率晶体管（HEMT）技术，工作电压降至0.4V。通过优化布局设计，在10K低温环境下实现了0.2dB噪声系数和15dB增益的优异表现。

研究详细信息

该成果已发表于《IEEE微波理论与技术汇刊》的论文《Pulsed HEMT LNA Operation for Qubit Readout》。研究团队来自查尔姆斯理工太赫兹与毫米波实验室和Low Noise Factory AB公司，研究经费由查尔姆斯无线基础设施技术中心和瑞典Vinnova智慧电子系统项目支持。