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

時(shí)間：2025/6/13閱讀：25

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，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，而快速溫變試驗(yàn)箱成為了這一研究的關(guān)鍵工具。

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快速溫變試驗(yàn)箱通過制冷技術(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(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)測并反饋箱內(nèi)溫度，精度可達(dá)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(zhǔn)調(diào)節(jié)制冷功率，實(shí)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(yàn)箱對量子計(jì)算芯片的量子相干性進(jìn)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(dāng)試驗(yàn)箱溫度在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn) ±0.1mK 的波動時(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)定性對保持量子相干性意義重大。

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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。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)，從而有效延長量子相干時(shí)間。

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