2026年7月28日——量子计算机处理信息的方式与传统计算机有着根本不同，它使用量子比特（qubit），这些量子比特可以同时存在于多种状态。这使得它们能够解决当今机器无法触及的问题，从模拟新材料到优化复杂系统。

但要用量子处理器提取有用结果，我们必须可靠地测量每个量子比特的状态，这一任务目前仍是该领域的主要瓶颈之一。

构建量子计算机的主要方法之一，是利用在极低温度下无电阻传输电流的超导电路。

在超导量子计算机中，量子比特通过耦合到微波谐振器来进行测量。问题在于，连接量子比特与其微波谐振器的电容器，也会导致两个系统部分混合在一起。这虽然使得量子比特能被测量，但也增加了量子比特在测量过程中丢失信息或改变状态的几率。

由瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的Pasquale Scarlino领导的研究人员，现已展示了一种替代性的读取架构，能够以更少的附加组件实现快速且精确的量子比特测量。这项研究成果发表在《PRX Quantum》上，是与舍布鲁克大学Alexander Blais教授团队合作完成的，该团队是超导量子计算领域的先驱之一。

“这是一项重要的工作，展示了一种测量超导transmon量子比特的新方法，更高效、更快速，”Scarlino表示。这里指的是transmon——一种旨在降低对电荷噪声敏感度的超导量子比特。

新型架构

与仅使用电容器将量子比特连接到其读取谐振器的标准方法不同，该团队在电容器旁边添加了一个“约瑟夫森结”。

约瑟夫森结以物理学家布赖恩·约瑟夫森（Brian Josephson）的名字命名，他于1973年获得诺贝尔物理学奖。该结构是通过在两层超导材料之间夹一层非超导材料制成的。量子力学允许电流通过这个势垒隧穿，从而产生一种非线性电学元件，这是许多量子技术的核心。

在新的量子计算机设计中，约瑟夫森结在量子比特和谐振器之间创建了一种不同类型的相互作用，从而提供了一种内置保护，对抗导致量子比特在测量过程中丢失信息的主要机制之一。这种额外的保护允许以更强的信号进行测量，从而在逻辑0和1之间产生更清晰的区分，使测量更易于识别。

采用这种方法，研究人员在仅68纳秒的积分时间内，正确识别量子比特状态的成功率达到99.4%。他们还实现了98.4%的量子非破坏性测量保真度，这意味着测量本身几乎总是使量子比特状态保持不变。

实验结果与舍布鲁克大学研究人员合作开发的理论预测高度吻合，从而提供了对新架构如何工作的详细理解。

简洁性

除了性能之外，该设计的主要优势之一在于其简洁性。科学家们能够实现快速且精确的量子比特测量，而无需使用最先进的超导量子比特读取系统中常用的两个组件：珀塞尔滤波器和接近量子极限的放大器。

消除这些组件减少了系统的体积以及需要制造和校准的组件数量，同时仍保持与多路复用读取（即通过同一硬件测量多个量子比特）的兼容性。

研究人员还指出，通过调整谐振器特性，相同的架构也与更传统的线性读取方案兼容，他们将这种方法留待未来的设备迭代。

这种新型读取架构将快速、高保真度的量子比特测量与减小的硬件体积结合在一起。作者认为，这些特性使该方法成为超导量子比特读取的一种有前途的替代方案，并指出它与多路复用架构和未来的实现方案兼容。