低溫衰減

想像一根微波電纜從溫暖的房間一路接到稀釋製冷機裡,而你的量子位元就待在比絕對零度高出一絲的地方。電纜完成了傳輸訊號的本職工作,卻也順帶捎下來一些不速之客:來自溫暖那頭的微弱熱雜訊,以及熱量。哪怕只是一絲室溫雜訊光子,都足以擾亂脆弱的量子位元。低溫衰減就是解決辦法:在製冷機內部的每一層冷板上,給電纜裝上小小的衰減器,故意把訊號削弱,這樣搭著訊號一起溜下來的雜訊也被一併丟掉。

衰減器其實就是一個電阻網路,它吸收掉大部分通過的功率,只重新發出與它自身溫度相稱的那點溫和熱雜訊。於是裝在4克耳文冷板上的衰減器,會用4克耳文的雜訊替換掉溫暖的雜訊;裝在最冷那層板上的衰減器,再把它替換成毫克耳文級的雜訊。沿著製冷機分級衰減,每一級都把更乾淨的訊號交給下一級,而吸收的熱量則被排到製冷機真正能冷卻的板上。你的控制脈衝抵達時雖然很弱,卻浸在一個極冷、極安靜的環境裡。

代價在於:你是在故意丟掉訊號,所以室溫電子設備必須發出強得多的脈衝來補償,而吸收的功率又會佔用製冷機本就有限的製冷預算。設計者要在每一級衰減多少、與每一級能承受多少熱量之間反覆權衡。這套做法今天行之有效,也是標準操作,但它同時也是量子位元數量難以擴大的原因之一:每多一條控制線,就要多一根帶衰減的電纜,熱量和擁擠程度會迅速累加。