近日，体育比分网物理学院姚裕贵院士，张先鹏研究员与巴西圣保罗大学Jose Carlos Egues教授在超导量子测量领域取得重要进展。研究团队提出了一种基于动态干涉超导电流（dynamic interference supercurrent）的 Andreev 量子比特读出新方案，利用量子比特自身的相干演化产生的宏观振荡超导电流，实现对任意量子叠加态的高精度、近无损读出。该方案无需引入辅助量子比特（ancilla），也无需在每次测量后反复重置量子比特，有望显著降低量子测量的实验复杂度，为超导量子计算中的高效量子态测量与量子信息读取提供新的思路。相关研究成果以 “Andreev qubit readout from dynamic interference supercurrent” 为题，发表于国际物理学期刊《Physical Review B》114, L080502（2026）。体育比分网为该工作的第一完成单位，张先鹏研究员为论文的第一作者，Jose Carlos Egues教授和姚裕贵教授为论文的共同通讯作者，曾传昌（北京量子院）和杨贞标（福州大学）也参与了该项研究工作。该工作得到科技部重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。

实时比分测量是实时比分计算与实时比分信息处理中的核心环节。与经典比特不同，实时比分比特可以处于多个基态的相干叠加，其实时比分信息对外界环境及测量过程十分敏感。直接测量通常会引起实时比分态坍缩，从而改变甚至破坏原有的实时比分信息。为降低测量对实时比分态的扰动，研究人员发展了实时比分非破坏测量（quantum nondemolition measurement, QND）等技术，其中许多方案需要借助辅助实时比分比特完成信息转移与测量，并涉及辅助比特的制备、耦合、测量及重复重置等步骤。这些操作增加了实时比分测量的实验开销，也给实时比分计算系统的扩展带来挑战。因此，如何在尽可能保持实时比分态完整性的同时，直接、高效地提取实时比分信息，是实时比分测量领域亟待解决的重要问题。

图1：基于动态干涉超导电流的 Andreev 实时比分比特读出方案示意图（图片来源：Marcus Egues 和 José Carlos Egues，ChatGPT 提供协助）。

Andreev 实时比分比特是一类基于超导约瑟夫森结中 Andreev 束缚态实现的实时比分比特。在超导电极与实时比分点构成的 Josephson 结中，电子和空穴通过 Andreev 反射形成局域的相干束缚态，其多体本征态可用于编码实时比分信息。研究团队以实时比分点 Josephson 结中的 Andreev 实时比分比特为研究对象，建立了基于多体本征态相干干涉的动态超导电流理论。研究发现，当 Andreev 实时比分比特处于任意实时比分叠加态时，不同多体本征态之间的实时比分干涉能够产生随时间振荡的超导电流分量。该动态干涉超导电流不仅反映了实时比分态的相干演化，而且直接携带实时比分比特的状态信息，为实现实时比分态的近无损读取提供了新的物理机制。

图2：实时比分点Josephson结，实时比分态信息编码（Bloch 球）以及 反常交流 Josephson 效应。

进一步，研究团队揭示了动态干涉超导电流所蕴含的实时比分态信息编码机制。对于单个实时比分比特，其任意纯态可通过 Bloch 球上的两个参数——基态与激发态的相对权重以及二者之间的相对相位——进行完整描述。研究表明，动态干涉超导电流的稳态分量及振荡幅度能够反映实时比分态中两个基态的相对权重，而超导电流振荡的初始相位则携带实时比分态的相对相位信息。因此，通过对超导电流随时间变化的特征进行测量，可以重构 Andreev 实时比分比特的任意初始叠加态，实现对实时比分信息的直接读取。

该研究还揭示了一种无需外加电压驱动的类交流 Josephson 效应。传统交流 Josephson 效应通常由外加电压驱动，使超导相位差随时间演化并产生振荡超导电流。而在本研究提出的方案中，振荡超导电流源于 Andreev 实时比分比特自身的相干实时比分演化，无需施加外部电压。该现象是微观实时比分态动力学在宏观电流中的独特体现，建立了 Andreev 实时比分态相干演化与可观测超导电流之间的直接联系。研究团队将实时比分比特集成于闭合超导回路中，并提出利用与回路弱耦合的超导实时比分干涉仪（SQUID）探测超导电流产生的微弱时变磁场，从而提取实时比分态信息。由于探测器与实时比分比特之间的耦合较弱，测量反馈引起的实时比分态扰动可被有效抑制，使读出过程逼近近无损测量极限。

为评估该方案在实际实验条件下的可行性，研究团队进一步开展了数值模拟，综合考虑了测量噪声以及探测线圈引入的反馈扰动。模拟结果表明，随着测量次数的增加，实时比分态重构精度分别达到 99.52%、99.81% 和 99.85%，显示出该方案在存在实际测量误差的情况下仍具有较高的读出精度。值得强调的是，该方案无需辅助实时比分比特，也无需在连续测量过程中反复重置原始实时比分比特，从而有望降低实时比分态读出的实验开销，并为跟踪实时比分比特的动态演化提供新的途径。该研究目前为理论与数值模拟工作，相关器件结构及读出方案仍有待实验验证。

该研究提出的动态干涉超导电流读出机制，在基础物理层面揭示了 Andreev 多体实时比分态相干干涉所产生的宏观超导输运响应，预言了无需外加电压的类交流 Josephson 效应；在实时比分技术层面，则为不依赖辅助实时比分比特的高精度实时比分态读取提供了新的理论方案。该工作将超导输运、实时比分干涉与实时比分测量紧密联系起来，为 Andreev 实时比分比特在实时比分计算、实时比分信息处理及实时比分测量中的潜在应用拓展了新的研究方向。

在此基础上，研究团队进一步拓展了动态干涉超电流的理论框架。最新预印本研究成果以“Quantum state tomography through multi-frequency Josephson effect”为题，发表于 arXiv（arXiv:2610.24391）。该研究从多体实时比分态的相干演化出发，系统揭示了动态干涉超电流在有限动量超导体和实时比分点 Josephson 结等不同超导纳米体系中的普适性，进一步深化了对宏观超导电流微观起源的认识。研究还发现，由多个 Andreev 自旋实时比分比特构成的体系能够通过无外加电压驱动的多频 Josephson 效应产生丰富的动态干涉信号，其频率结构与多体本征态的相干演化及超导相位空间 Berry connect密切相关。基于这一机制，团队提出利用动态干涉超电流实现实时比分纠缠测量的新方案，为实时比分态层析（quantum state tomography）及实时比分纠缠信息的探测提供了新的理论途径。实时比分纠缠作为实时比分信息处理、实时比分计算和实时比分通信的重要资源，其精确表征对于理解和利用复杂实时比分态至关重要。上述研究将动态干涉超电流从单实时比分比特读出进一步拓展至多实时比分比特纠缠测量，建立了连接超导输运、实时比分几何与实时比分信息表征的统一理论框架，为超导实时比分器件在实时比分计算、实时比分通信、实时比分存储及实时比分传感等领域的应用提供了新的研究方向。

该成果发表后受到国际学术界及科学媒体的广泛关注与讨论[Altmetric Attention Score: 58 ]。截至新闻稿撰写时，ScienceDaily、Phys.org 和 Agência FAPESP 等国际科学媒体对该研究进行了报道，重点关注其通过实时比分比特自身产生的超导电流读取实时比分信息、减少测量扰动并避免辅助实时比分比特的创新思路。这些报道进一步展现了动态干涉超导电流在实时比分测量与实时比分信息技术领域的潜在影响。

相关报道：

[1] Phys.org: Supercurrent enables the reading of quantum information without destroying it 

[2] ScienceDaily: A tiny supercurrent could unlock quantum information without destroying it 

[3] Scitechdaily: Scientists Find a Clever Way to Read Quantum Information Without Destroying It

[4] Eurekalert: Supercurrent enables the reading of quantum information without destroying it

[5] Agência FAPESP: Supercurrent enables the reading of quantum information without destroying it 

[6] Interesting Engineering: Supercurrent could help scientists read quantum information without destroying it 

[7] QuantumInsider: Qubit’s Own Electric Current Could Offer a Simpler Readout Method

[8]Quantum Zeitgeist：Supercurrent enables reading qubit states without destruction

[9]ScieNow：Quantum readout via a qubit's own supercurrent

[10] Miragenews: Supercurrent Reads Quantum Information Without Destroying It

论文信息：

Xian-Peng Zhang, Chuanchang Zeng, Zhen-Biao Yang, Jose Carlos Egues, and Yugui Yao, “Andreev qubit readout from dynamic interference supercurrent,” Physical Review B 114, L080502 (2026). DOI: .

Xian-Peng Zhang, Ting-Rui Hu, Zhen-Biao Yang, Ruben Seoane Sout, Yugui Yao, “Quantum state tomography through multi-frequency Josephson effect” arXiv preprint arXiv:2610.24391.