量子计算芯片温变测试:快速温变试验箱模拟极低温环境的量子相干性保持研究
点击次数:8 更新时间:2025-06-13
量子计算作为前沿科技,其核心在于量子比特所具备的量子相干性,这一特性使量子计算机拥有远超传统计算机的强大算力。然而,量子态极为脆弱,量子计算芯片需在接近零度(约 - 273.15℃)的极低温环境下运行,才能维持量子相干性,确保计算的准确性与稳定性。任何微小的温度波动,都可能导致量子退相干,使量子比特的信息丢失,严重影响量子计算性能。因此,深入探究极低温环境下量子相干性的保持机制至关重要,而快速温变试验箱成为了这一研究的关键工具。

快速温变试验箱通过制冷技术,能够精准模拟极低温环境。其制冷系统常采用复叠式制冷技术,由高温级和低温级制冷循环协同工作。高温级制冷循环使用中温制冷剂,低温级则使用低温制冷剂,两级循环通过蒸发冷凝器进行热量交换。当需要极低温环境时,压缩机将制冷剂压缩为高温高压气体,经冷凝器散热后变为高压液体,再通过节流装置降压降温,在蒸发器中吸收试验箱内热量,实现高效制冷 ,温可达接近零度的水平。同时,试验箱配备了高精度的温度传感器,能够实时监测并反馈箱内温度,精度可达毫开尔文级别,结合智能控制系统,可根据设定程序精准调节制冷功率,实现对极低温环境的稳定维持与精确控制。
在模拟极低温环境下,研究人员利用试验箱对量子计算芯片的量子相干性进行测试。通过量子态监测设备,密切观察量子比特在不同温度条件下的状态变化。研究发现,极低温环境虽有利于量子相干性的保持,但温度的微小波动仍是量子退相干的主要诱因。例如,当试验箱温度在短时间内出现 ±0.1mK 的波动时,量子比特的相干时间显著缩短,量子退相干现象加剧。这表明,维持极低温环境的稳定性对保持量子相干性意义重大。


为进一步提升量子相干性的保持时间,研究团队基于试验数据与量子力学理论,构建了温度 - 量子相干性关联模型。该模型考虑了量子比特与环境中的声子、光子等相互作用因素,能够准确预测在特定温变条件下量子计算芯片的量子相干性变化趋势。借助此模型,可优化试验箱的温控策略,如在芯片进入极低温环境的过程中,采用缓慢、平稳的降温速率,减少因温度突变导致的量子比特与环境耦合增强,从而有效延长量子相干时间。