量子放大器新突破！效能不受限，能耗低 10 倍

量子放大器可說是讀取量子位元訊號的關鍵元件，但它們所產生的熱能，有可能出現導致量子位元喪失量子態的「退相干」（decoherence）現象。

有鑑於此，量子界莫不持續尋求能耗更低、熱量更少的放大器設計。如今，瑞典查默斯理工大學（Chalmers University of Technology）研究人員開發出一種耗電量僅為目前最佳放大器十分之一的微波放大器，無異是今後打造更大型、更高效量子電腦的最佳助攻利器。

舊放大器成了干擾 Qubit 一大熱源，新放大器讓量子位元讀取更精準

要使用量子電腦，就必須對量子位元進行測量，並將其訊號轉換為可讀取的資訊。這需要極為敏感的微波放大器來接收微弱的訊號。但讀取量子資料相當棘手，因為微小的溫度變化、背景雜訊或電磁干擾都可能對量子位元造成干擾，使資料消失。但明明不可或缺的量子放大器，因為本身產生的熱能，也成了干擾量子位元的不良因素之一。

如今查爾姆斯大學團隊在這方面率先取得了重大進展，研發出一種更高效的新型放大器。該校博士生暨太赫茲與毫米波技術研究員 Yin Zeng 表示，這是目前能以電晶體技術製造出的最靈敏放大器。其耗電量只有目前最佳放大器的十分之一，而且完全不影響效能，更進一步地讓今後量子位元的讀取更加準確。

量子電腦擁有的量子位元越多，其算力就越強。一旦規模擴大，也意味著需要安裝更多放大器，進而提高整體耗電量，這也會帶動熱與雜訊的產生，讓量子位元更難以維持穩定。

這款新型放大器有望在推動量子電腦擴大規模方面扮演關鍵角色，讓量子位元的數量大幅超越現今水準。查爾姆斯工業大學多年來透過「瓦倫堡量子技術中心（Wallenberg Centre for Quantum Technology）」發起的國家研究計畫，持續投入提升量子電腦規模與量子位元數量的挑戰。

脈衝式操作只在讀取時才啟動，35 奈秒超快回應速度

與其他低雜訊放大器不同，新款放大器採用脈衝式操作，所以不會長時間持續運作，而只會在需要讀取並放大量子位元訊號時才會啟動。查默斯理工大學微波電子學教授 Jan Grahn 表示，這是將採用脈衝操作的低雜訊半導體放大器用於量子位元讀取，且在不影響效能下，大幅降耗電量的首次展示。

為了確保放大器能夠足夠快速地啟動，以配合量子位元的讀取時機，查默斯團隊透過好幾道的創新來因應。首先是將該放大器設計成一個能運用演算法來自我優化的智慧放大器；其次，他們還開發出一種創新技術，用來測量脈衝操作式低雜訊微波放大器的雜訊與增益；最後是透過基因程式設計（genetic programming）來實現放大器的智慧控制，使其能在短短 35 奈秒內迅速回應輸入的量子位元脈衝。