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芬蘭阿爾托大學(xué)、量子計(jì)算公司IQM與芬蘭國(guó)家技術(shù)研究中心團(tuán)隊(duì)合作，首次測(cè)得低于1澤焦耳（10-21焦耳）的能量信號(hào)，測(cè)到的0.83澤焦耳，刷新了人類直接熱測(cè)量靈敏度紀(jì)錄。這一突破為量子計(jì)算信息讀取以及暗物質(zhì)探測(cè)提供核心技術(shù)支撐，并為未來實(shí)現(xiàn)單個(gè)光子計(jì)數(shù)鋪平道路。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《自然·電子學(xué)》。

在量子世界，能量尺度極其微小，測(cè)量遠(yuǎn)比“發(fā)射信號(hào)、讀取結(jié)果”復(fù)雜得多。科學(xué)家不斷提升探測(cè)精度，以識(shí)別和測(cè)量光子等極微弱信號(hào)。測(cè)量越精確，越有助于提升量子技術(shù)水平，也越有望捕捉暗物質(zhì)候選粒子軸子產(chǎn)生的微弱信號(hào)。

此次，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型超低溫量熱計(jì)，并向其中注入極微弱的微波脈沖。該裝置由超導(dǎo)體和普通導(dǎo)體組成，微波在超導(dǎo)體中幾乎無損傳播，而進(jìn)入普通導(dǎo)體后則轉(zhuǎn)化為熱量。超導(dǎo)狀態(tài)對(duì)溫度變化極其敏感，即使極微弱的熱擾動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)性能發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)超低能量信號(hào)的探測(cè)。

最終，團(tuán)隊(duì)探測(cè)到僅0.83澤焦耳的電磁脈沖。作為直觀比較，這相當(dāng)于在地球重力作用下，將一個(gè)紅細(xì)胞向上移動(dòng)1納米所需的能量。團(tuán)隊(duì)表示，這是量熱測(cè)量設(shè)備首次突破澤焦耳門檻，創(chuàng)下世界紀(jì)錄。

研究團(tuán)隊(duì)表示，這一技術(shù)的最大意義在于，它讓量熱計(jì)有望實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)光子的直接探測(cè)。單光子探測(cè)是量子通信、量子計(jì)算和精密天文觀測(cè)中的關(guān)鍵能力，也是暗物質(zhì)軸子搜尋的重要基礎(chǔ)。

與傳統(tǒng)探測(cè)器相比，該裝置還能在量子比特運(yùn)行所需的毫開爾文極低溫環(huán)境中直接工作，這意味著無需升高設(shè)備溫度，也無需放大量子比特的測(cè)量信號(hào)，從而減少對(duì)量子系統(tǒng)的干擾。未來，它有望成為量子計(jì)算機(jī)讀取量子比特狀態(tài)的組件之一。