世界首创：量子比特相干衰变可追溯到热耗散

芬兰阿尔托大学的物理学家与一个国际合作团队在理论和实验上表明，超导量子比特相干损失可以直接测量为保持量子比特的电路中的散热。该小组的理论工作是与马德里大学的同事合作完成的。该研究发表在《自然纳米技术》上

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，量子比特或量子比特的基本元件。顾名思义，这些量子比特及其电路是非常有效的电导体

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Bayan Karimi说：“尽管在制造高质量量子比特方面取得了快速进展，但仍然存在一个重要的未决问题：散热是如何发生的，在哪里发生的？”

阿尔托大学教授、Pico研究小组负责人Jukka Pekola补充道：“长期以来，我们根据我们小组在量子热力学方面的专业知识，开发了测量这种损失的方法。”

随着物理学家在磨练量子设备技术的竞赛中继续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，具有较长相干时间的量子位允许更多的操作，导致在经典计算环境中无法实现的更复杂的计算

空气中的温暖

约瑟夫森效应使超电流的传输成为可能，其中两种紧密排列的超导材料可以在没有施加电压的情况下支持电流。作为这项研究的结果，以前未归因的能量损失可以追溯到源自量子比特并沿引线传播的热辐射

想象一下篝火在海滩上为某人取暖——周围的空气保持寒冷，但人们仍然能感受到火散发出的温暖。卡里米说，这种类型的辐射会导致量子比特中的耗散。

物理学家之前已经注意到这种损失，他们在电路中放置了数百个约瑟夫森结的大阵列上进行了实验。就像一场电话游戏，其中一个路口似乎会破坏其他路口的稳定

最初，Karimi、Pekola和团队用阵列中的许多连接点进行实验，他们开始追溯到越来越简单的实验。他们最后的实验设置：观察调整单个约瑟夫森结电压的效果

通过在这个结旁边放置一个超灵敏的热吸收器，他们能够在高达100千兆赫的宽频率范围内被动测量这个结在每个相变时发出的非常微弱的辐射

这项工作是与美国华盛顿大学的InstituteQ卓越主席Charles Marcus教授和丹麦哥本哈根的Niels Bohr研究所合作完成的。实验中使用的设备的制造利用了芬兰国家微纳技术研究基础设施OtaNano的洁净室 More information: Karimi, B. et al. Bolometric detection of Josephson radiation, Nature Nanotechnology (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01770-7, www.nature.com/articles/s41565-024-01770-7

Journal information: Nature Nanotechnology