2026年2月18日——通过利用商用技术和创新方法，尼尔斯·玻尔研究所（NBI）的研究人员突破了量子比特敏感态变化检测速度的极限。该工作使得科研人员能够捕捉到以往无法观测的量子比特性能快速波动现象。

作为量子计算机（这一备受期待但尚未完全实现的技术）的核心元件，量子比特实则相当脆弱。量子比特及整个量子处理器对周围环境极为敏感，其嵌入的材料通常含有尚未被完全理解的微观缺陷。这些缺陷能以极快速度（有时每秒数百次）发生空间波动，进而导致量子比特能量耗散速率（及有效量子信息保存时间）同步变化。

传统表征方法耗时长达一分钟，根本无法“捕捉”这种快速波动，致使研究人员只能测量平均能量耗散率，往往无法全面反映量子比特的真实性能。这就像让一匹忠诚的耕马在布满高速移动树枝和石块的田地里犁地——农夫避不开障碍，庄稼收成自然受影响！

实时监测实现高效波动检测

在博士后Fabrizio Berritta博士的领导下，尼尔斯·玻尔研究所量子器件中心与诺和诺德基金会量子计算项目的研究团队开发出实时自适应测量方案，可追踪量子比特能量耗散（弛豫）速率的瞬时波动。该成果是与挪威科技大学、莱顿大学及查尔姆斯理工大学的国际合作项目。

通过快速经典控制器，新方法能在几毫秒内（接近波动本身的时间尺度）持续更新量子比特弛豫率估值，而非传统方法所需的数秒乃至数分钟。团队采用现场可编程门阵列（FPGA）这类超高速经典处理器，直接在芯片上基于少量测量数据形成能量耗散速率的“最佳推测”，无需依赖常规计算机的“慢速”往返通信。

尽管FPGA编程极具挑战性，该团队仍成功实现控制器在每次量子比特测量后更新其内部贝叶斯模型，使系统能以最高效方式持续适应量子比特状态学习。如今FPGA控制器与量子比特环境的演化时间尺度基本同步，测量检测速度较以往提升近百倍。更重要的是，Fabrizio的工作首次揭示了超导量子比特波动发生的真实速度。

易用高效的FPGA单元

虽然FPGA技术已在多个科学领域应用，但Quantum Machines公司提供的OPX1000商用控制器（采用类Python编程语言）展现出卓越性能——这种物理学家常用的编程软件使其具有全球普适性。

顶尖量子硬件与控制器的融合

这项FPGA控制器与前沿量子硬件的结合，源于尼尔斯·玻尔研究所Morten Kjaergaard副教授团队与量子处理器设计方查尔姆斯理工大学的紧密合作。Morten Kjaergaard表示：“该控制器实现了逻辑、测量和前馈的高度集成，这些要素让实验成为可能。”

量子技术的宏观前景

尽管量子技术承诺诸多可能，其发展历程常如屋顶群鸟——偶有落入研究者手中。但进步持续发生，有时甚至呈现飞跃。这些成果通过揭示前所未有的动力学过程，重新定义了超导量子处理器表征校准的时间尺度。结合现代材料与制造技术，实时校准监测已成为关键突破点。NBI的研究正持续推动这一方向，当前进展亦彰显产学研合作与非传统方法创新的价值。

Fabrizio指出：“当今量子处理器的整体性能往往由最差量子比特决定——这些正是我们需要聚焦的对象。我们工作的惊人发现是：'优质'量子比特可能在毫秒级时间内劣化，而非以往认为的分钟或小时级别。通过NBI算法，快速控制硬件能近乎实时识别优劣量子比特，并在数秒内（而非数日）收集'劣质'比特的统计信息。不过，该团队仍无法解释观测到的大部分波动现象。理解并控制量子比特特性波动的物理机制，将是实现量子处理器规模化的必经之路。”