低温衰减

想象一根微波电缆从温暖的房间一直接到稀释制冷机里,而你的量子比特就待在比绝对零度高出一丝的地方。电缆完成了传输信号的本职工作,却也顺带捎下来一些不速之客:来自温暖那头的微弱热噪声,以及热量。哪怕只是一丝室温噪声光子,都足以扰乱脆弱的量子比特。低温衰减就是解决办法:在制冷机内部的每一层冷板上,给电缆装上小小的衰减器,故意把信号削弱,这样搭着信号一起溜下来的噪声也被一并丢掉。

衰减器其实就是一个电阻网络,它吸收掉大部分通过的功率,只重新发出与它自身温度相称的那点温和热噪声。于是装在4开尔文冷板上的衰减器,会用4开尔文的噪声替换掉温暖的噪声;装在最冷那层板上的衰减器,再把它替换成毫开尔文级的噪声。沿着制冷机分级衰减,每一级都把更干净的信号交给下一级,而吸收的热量则被排到制冷机真正能冷却的板上。你的控制脉冲到达时虽然很弱,却浸在一个极冷、极安静的环境里。

代价在于:你是在故意丢掉信号,所以室温电子设备必须发出强得多的脉冲来补偿,而吸收的功率又会占用制冷机本就有限的制冷预算。设计者要在每一级衰减多少、与每一级能承受多少热量之间反复权衡。这套做法今天行之有效,也是标准操作,但它同时也是量子比特数量难以扩大的原因之一:每多一条控制线,就要多一根带衰减的电缆,热量和拥挤程度会迅速累加。