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量子計(jì)算芯片溫變測(cè)試:快速溫變?cè)囼?yàn)箱模擬極低溫環(huán)境的量子相干性保持研究

點(diǎn)擊次數(shù):36 更新時(shí)間:2025-06-13

量子計(jì)算作為前沿科技,其核心在于量子比特所具備的量子相干性,這一特性使量子計(jì)算機(jī)擁有遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算力。然而,量子態(tài)極為脆弱,量子計(jì)算芯片需在接近零度(約 - 273.15℃)的極低溫環(huán)境下運(yùn)行,才能維持量子相干性,確保計(jì)算的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。任何微小的溫度波動(dòng),都可能導(dǎo)致量子退相干,使量子比特的信息丟失,嚴(yán)重影響量子計(jì)算性能。因此,深入探究極低溫環(huán)境下量子相干性的保持機(jī)制至關(guān)重要,而快速溫變?cè)囼?yàn)箱成為了這一研究的關(guān)鍵工具。

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快速溫變?cè)囼?yàn)箱通過(guò)制冷技術(shù),能夠精準(zhǔn)模擬極低溫環(huán)境。其制冷系統(tǒng)常采用復(fù)疊式制冷技術(shù),由高溫級(jí)和低溫級(jí)制冷循環(huán)協(xié)同工作。高溫級(jí)制冷循環(huán)使用中溫制冷劑,低溫級(jí)則使用低溫制冷劑,兩級(jí)循環(huán)通過(guò)蒸發(fā)冷凝器進(jìn)行熱量交換。當(dāng)需要極低溫環(huán)境時(shí),壓縮機(jī)將制冷劑壓縮為高溫高壓氣體,經(jīng)冷凝器散熱后變?yōu)楦邏阂后w,再通過(guò)節(jié)流裝置降壓降溫,在蒸發(fā)器中吸收試驗(yàn)箱內(nèi)熱量,實(shí)現(xiàn)高效制冷
,溫可達(dá)接近零度的水平。同時(shí),試驗(yàn)箱配備了高精度的溫度傳感器,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并反饋箱內(nèi)溫度,精度可達(dá)毫開(kāi)爾文級(jí)別,結(jié)合智能控制系統(tǒng),可根據(jù)設(shè)定程序精準(zhǔn)調(diào)節(jié)制冷功率,實(shí)現(xiàn)對(duì)極低溫環(huán)境的穩(wěn)定維持與精確控制。

在模擬極低溫環(huán)境下,研究人員利用試驗(yàn)箱對(duì)量子計(jì)算芯片的量子相干性進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)量子態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備,密切觀察量子比特在不同溫度條件下的狀態(tài)變化。研究發(fā)現(xiàn),極低溫環(huán)境雖有利于量子相干性的保持,但溫度的微小波動(dòng)仍是量子退相干的主要誘因。例如,當(dāng)試驗(yàn)箱溫度在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn) ±0.1mK 的波動(dòng)時(shí),量子比特的相干時(shí)間顯著縮短,量子退相干現(xiàn)象加劇。這表明,維持極低溫環(huán)境的穩(wěn)定性對(duì)保持量子相干性意義重大。



為進(jìn)一步提升量子相干性的保持時(shí)間,研究團(tuán)隊(duì)基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)與量子力學(xué)理論,構(gòu)建了溫度 - 量子相干性關(guān)聯(lián)模型。該模型考慮了量子比特與環(huán)境中的聲子、光子等相互作用因素,能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在特定溫變條件下量子計(jì)算芯片的量子相干性變化趨勢(shì)。借助此模型,可優(yōu)化試驗(yàn)箱的溫控策略,如在芯片進(jìn)入極低溫環(huán)境的過(guò)程中,采用緩慢、平穩(wěn)的降溫速率,減少因溫度突變導(dǎo)致的量子比特與環(huán)境耦合增強(qiáng),從而有效延長(zhǎng)量子相干時(shí)間。