2026年2月17日——日本理化学研究所（RIKEN）研究人员通过实验证明，一种名为约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA）的微波光子电路器件，可实现高性能量子计算所需的低噪声、高增益特性。这一进展将加速100量子比特规模超导量子计算机系统的研发进程。

量子计算机是融合尖端量子物理学与前沿制造技术的非凡成果，其设计目标是在量子动力学极限范围内实现对光子的物理操控。

虽然量子比特（qubit）是实现量子计算“魔法”的核心载体，但必须通过“读取”操作才能使其计算结果具备实用价值。然而，读取量子比特状态的过程本身就会引入噪声和干扰，导致数据失真。

读取操作需满足多项严苛标准：需具备足够速度与极高信噪比以实现单次测量，同时仅需消耗数个量子能量（1个量子即1个微波光子的能量）。理想情况下，还应支持多频段联合读取，通过单一电路实现多量子比特并行测量。

理化学研究所量子计算中心（RQC）的张相伯（音译）表示：“目前基于约瑟夫森结阵列的放大器已满足除噪声外所有要求，这正是该研究重点攻克的方向。”

张相伯与同属RQC的中村保信（音译）合作，成功解决了JTWPA长期存在的噪声问题。这项突破将强化该技术在量子比特信号处理领域的实用价值。

信号放大过程必然伴随噪声引入。量子力学原理要求，任何高增益保相放大器至少会引入半个量子的本底噪声。此前约瑟夫森行波参量放大器的最佳噪声水平通常为1个光子或更高，严重制约了该技术的应用潜力。

“这主要源于既往设计采用损耗性介电材料，”张相伯解释道。研究团队通过摒弃损耗材料，创新设计出螺旋鱼骨状锥形波导结构，成功将噪声降至0.68个量子，仅超出量子极限0.18个量子。该成果已通过仿真模拟和实验器件双重验证。

中村保信强调：“我们同时致力于保持工艺的普适性。希望多数已具备超导量子比特制备能力的实验室，都能利用现有技术设备复现我们的成果。”