国产“量子芯片温度计”来了

量子计算机的一个关键组成部分是同轴电缆和波导--引导波形的结构，并作为量子处理器和控制它的经典电子产品之间的重要连接渠道。微波脉冲沿着波导到达量子处理器，并在途中被冷却到极低的温度。波导还对脉冲进行衰减和过滤，使极其敏感的量子计算机能够以稳定的量子状态工作。
为了最大限度地控制这一机制，研究人员需要确保这些波导在其发送的脉冲之上不携带由于电子的热运动而产生的噪音。换句话说，他们必须测量微波波导冷端电磁场的温度，也就是控制脉冲传递给计算机量子比特的那一点。在尽可能低的温度下工作可以最大限度地减少在量子比特中引入错误的风险。
但量子芯片运行对温度环境要求极为苛刻，每一个存在的光子都会毁掉量子比特。在典型的操作频率下，温度从20mK上升到30mK意味着50倍的热光子，因此出错的风险也会高出50倍。一定的温度对应着一定数量的热光子，而这个数量随着温度的升高呈指数级下降。如果成功地将波导与量子比特相遇的那一端的温度降低到10毫开，那么量子比特出现错误的风险就会大大降低。
以往研究人员只能间接地测量这种温度，有相对较大的延迟。为了实时监测温度变化，了解制冷机运行状态，近年来各国科学家开发了各种测温方案。
例如2020年，美国国家标准与技术研究院(NIST)的工程师们开发出了一种微小的低温温度计，可以在不占用太多空间的情况下监视超导体和量子计算机等温度。

这款温度计的尺寸仅为2.5 x 1.15毫米(0.1 x 0.05英寸)，而且价格低廉，非常适合整齐地嵌入或附着在芯片和其他电子产品上。该温度计可以测量冷到50毫开尔文(零下273.1 °C)的温度
2021年，瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学的研究人员开发了一种新型的温度计，可以在波导的接收端直接测量非常低的温度，并且非常准确，具有极高的时间分辨率。
国产“量子芯片温度计”来了
近日我国在这方面的研究也传出好消息，央视新闻记者从安徽省量子计算工程研究中心获悉，国产量子计算超低温温度传感器研制成功，并已投入国产量子计算机中使用，科研人员形象地称其为“量子芯片温度计”。

安徽省量子计算工程研究中心相关研发团队负责人张俊峰表示，“随着稀释制冷机技术的发展，国内外稀释制冷机技术越来越成熟，与之相配套的温度测量需求也不断加大。为保证量子芯片在合适的温区运行，需要实时监测量子芯片运行的温度环境，这款传感器就像是‘量子芯片温度计’，可实时监测温度变化。”
据悉，该超低温温度传感器由本源量子计算科技(合肥)股份有限公司完全自主研发，支持实时温度监测，具备较高测量精度等优势。该产品测温范围为10mK~40K，通用性很广，可以非常方便地安装到稀释制冷机上，该超低温温度传感器已投入国产量子计算机中使用。
张俊峰表示，量子芯片是量子计算机的核心器件，实时监测量子芯片运行的温度环境能够对整个量子计算机系统起到关键性作用。本源量子团队成功研制出国产超低温温度传感器，使我国在极低温领域的温度测量精度达到国际先进水平，为量子计算机实现完全自主可控迈出了重要一步。
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