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量子計算芯片溫變測試:快速溫變試驗箱模擬極低溫環(huán)境的量子相干性保持研究

點擊次數(shù):41 更新時間:2025-06-13

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

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快速溫變試驗箱通過制冷技術(shù),能夠精準模擬極低溫環(huán)境。其制冷系統(tǒng)常采用復疊式制冷技術(shù),由高溫級和低溫級制冷循環(huán)協(xié)同工作。高溫級制冷循環(huán)使用中溫制冷劑,低溫級則使用低溫制冷劑,兩級循環(huán)通過蒸發(fā)冷凝器進行熱量交換。當需要極低溫環(huán)境時,壓縮機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,再通過節(jié)流裝置降壓降溫,在蒸發(fā)器中吸收試驗箱內(nèi)熱量,實現(xiàn)高效制冷
,溫可達接近零度的水平。同時,試驗箱配備了高精度的溫度傳感器,能夠?qū)崟r監(jiān)測并反饋箱內(nèi)溫度,精度可達毫開爾文級別,結(jié)合智能控制系統(tǒng),可根據(jù)設(shè)定程序精準調(diào)節(jié)制冷功率,實現(xiàn)對極低溫環(huán)境的穩(wěn)定維持與精確控制。

在模擬極低溫環(huán)境下,研究人員利用試驗箱對量子計算芯片的量子相干性進行測試。通過量子態(tài)監(jiān)測設(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,但溫度的微小波動仍是量子退相干的主要誘因。例如,當試驗箱溫度在短時間內(nèi)出現(xiàn) ±0.1mK 的波動時,量子比特的相干時間顯著縮短,量子退相干現(xiàn)象加劇。這表明,維持極低溫環(huán)境的穩(wěn)定性對保持量子相干性意義重大。



為進一步提升量子相干性的保持時間,研究團隊基于試驗數(shù)據(jù)與量子力學理論,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,能夠準確預(yù)測在特定溫變條件下量子計算芯片的量子相干性變化趨勢。借助此模型,可優(yōu)化試驗箱的溫控策略,如在芯片進入極低溫環(huán)境的過程中,采用緩慢、平穩(wěn)的降溫速率,減少因溫度突變導致的量子比特與環(huán)境耦合增強,從而有效延長量子相干時間。



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