芬蘭的研究人員在超高靈敏度測量技術上取得重大進展，偵測到小於攝氏零度 10 的 21 次方焦耳（zeptojoule）的能量，這比十億分之一的十億分之一焦耳還要小。這項突破有望改善量子計算技術、支持暗物質的搜尋，並最終實現計數單一光子的可能性。
量子力學在極小的尺度上運作，科學家們不斷開發更精密的工具來測量和控制光子等攜帶光的粒子。更高的精度可以為更強大的量子設備和研究宇宙最大奧秘的新方法打開大門。
攝氏零度 10 的 21 次方焦耳（zeptojoule）是一個難以想像的微小能量單位。它大致相當於在地球重力下，將一個紅血球向上移動一奈米所需的功。
該研究團隊由阿爾托大學的 Academy Professor Mikko Möttönen 領導，並與量子計算公司 IQM 和芬蘭技術研究中心（VTT）合作。他們的研究成果發表在《Nature Electronics》期刊上。
超高靈敏度量子能量偵測器
為了達到這種靈敏度，研究人員使用了一種名為熱量計的設備，該設備旨在測量極小的熱能變化。測量如此微小的信號比簡單地將光束發送到偵測器並讀取結果要困難得多。
科學家們將一個微波脈衝導向由兩種金屬製成的感測器。其中一部分由超導體組成，這些材料允許電流無阻礙地自由移動。另一部分則使用普通導體，它們會阻礙電流。
Möttönen 表示：「金屬的這種組合使得超導性成為一種脆弱的現象，如果超低溫導體中的溫度稍微升高一點，它就會立即減弱。這使得它成為一個非常靈敏的設置。」Möttönen 同時也是量子電腦獨角獸公司 IQM 的創始人。
在仔細過濾信號後，研究人員證實他們偵測到了一個僅為 0.83 zeptojoule 的電磁脈衝。據該團隊稱，這是熱量計測量設備首次達到如此高的靈敏度。
對量子計算和暗物質的影響
這項進展最終可能使科學家能夠計數單一光子，這是量子技術和天體物理學中一個長期的目標。
「我們希望使這個設置能夠測量任意到達時間的輸入，這對於偵測太空中的暗物質軸子等事物很重要，因為你不知道它們何時會到達你的系統。」
研究人員還認為，這項技術可能在量子電腦中有用，因為熱量計在量子位元（量子資訊的基本單位）所需的相同極低溫毫克耳文（millikelvin）溫度下運行。
「熱量計在量子位元所需的相同毫克耳文溫度下運行。這對系統的干擾較小，因為我們不必將設備加熱到高溫或放大量子位元測量信號來獲得結果。未來，我們的設備可以作為量子電腦中讀取量子位元的組件。」
這項工作是利用芬蘭國家納米、微米和量子技術研究基礎設施 OtaNano 的設施進行的。
該項目的資金主要來自 Future Makers 計畫，由 Jane and Aatos Erkko 基金會和芬蘭技術產業百年基金會支持。