在近期量子计算机中追求更高的量子比特数不断需要新的工程技术。这场扩大规模竞赛的棘手障碍之一是完善量子位的测量方式。传统上使用称为参量放大器的设备来进行这些测量。但顾名思义，该设备会放大从量子位拾取的微弱信号来进行读出，这会产生不需要的噪声，并且如果没有额外的大型组件进行保护，可能会导致量子位的退相干。更重要的是，随着尺寸有限的冰箱中量子位数量的增加，放大链的庞大尺寸在技术上变得难以解决。

团队首次使用超灵敏热探测器测量量子位规避了海森堡不确定性原理

请注意阿尔托大学量子计算和设备(QCD)研究小组。他们在展示热测辐射热计如何用作超灵敏探测器方面拥有丰富的记录，现在他们在《自然电子》论文中证明，测辐射热计测量对于单次量子位读出来说足够准确。

一种新的测量方法

让许多物理学家懊恼的是，海森堡测不准原理决定了人们无法同时准确地知道信号的位置和动量，或者电压和电流。因此，它与使用参数电压电流放大器进行的量子位测量相匹配。

但辐射热能量传感是一种根本不同的测量方法，是逃避海森堡臭名昭著的规则的一种手段。由于测辐射热计测量功率或光子数，因此它不必像参量放大器那样添加源自海森堡不确定性原理的量子噪声。

与放大器不同，辐射热测量计通过微创检测接口非常巧妙地感测从量子位发出的微波光子。这种外形尺寸比同类放大器小大约100倍，使其作为测量设备极具吸引力。

“当想到量子至上的未来时，很容易想象数千甚至数百万的高量子位数量可能是司空见惯的。对于这种大规模的扩展来说，仔细评估每个组件的足迹是绝对必要的。我们已经证明了在《自然电子》杂志的论文中，我们的纳米测辐射热计可以认真考虑作为传统放大器的替代品。”QCD​​研究小组负责人、阿尔托大学教授MikkoMöttönen说道。

“在我们的第一个实验中，我们发现这些辐射热测量计足够精确，可以单次读出，不会增加量子噪声，而且它们的功耗比典型放大器低10,000倍——所有这些都在一个微型辐射热测量计中，其中的温度敏感部分可以容纳在单个细菌内部，”Möttönen教授继续说道。

单次保真度是物理学家用来确定设备在一次测量中检测量子位状态的准确度的重要指标，而不是多次测量的平均值。在QCD小组的实验中，他们能够获得61.8%的单次保真度，读出持续时间约为14微秒。当校正量子位的能量弛豫时间时，保真度跃升至92.7%。

“通过细微的修改，我们可以期望看到辐射热测量计在200纳秒内达到所需的99.9%单次保真度。例如，我们可以将辐射热测量计材料从金属更换为石墨烯，石墨烯的热容量较低，可以检测非常小的变化通过去除辐射热测量计和芯片本身之间的其他不必要的组件，我们不仅可以在读出保真度上做出更大的改进，而且可以实现更小、更简单的测量设备，从而扩展到更高的量子位更可行。”该论文的第一作者、QCD小组的博士研究员AndrásGunyhó说道。

在他们最近的论文中展示辐射热测量计的高单次读数保真度之前，QCD研究小组首先在2019年展示了辐射热测量计可用于超灵敏的实时微波测量。然后他们于2020年在《自然》杂志上发表了一篇论文，展示了由石墨烯制成的辐射热测量计如何将读出时间缩短至远低于一微秒。