新方法可为量子态延时万倍有望彻底改变量子通信、计算和传感等领域

来源：科技日报时间：2020-08-17 14:17:44

芝加哥大学普利兹克分子工程学院的科学家凯文·苗、克里斯·安德森和亚历山大·鲍拉萨在奥沙洛姆实验室进行量子研究。

美国科学家在近日出版的《科学》杂志撰文指出，他们用一种简单的方法，使量子系统保持运转(相干)的时间比以前延长了1万倍。尽管他们只在固态量子比特系统上测试了这一技术，但该技术应适用于其他多种量子系统，有望彻底改变量子通信、计算和传感等领域。

研究人员解释说，量子技术有望帮助科学家实现几乎无法破解的网络或功能极其强大的计算机等高精尖技术。鉴于此，美国能源部于7月23日发布了未来量子互联网搭建蓝图。但要实现这些宏伟愿景面临一个巨大挑战：量子状态需要极安静且稳定的运行空间，因为它们很容易受到温度变化、杂散电磁场等背景噪声的干扰。

科学家一直在想方设法使量子系统尽可能长时间保持相干。一种方法是将量子系统与嘈杂环境物理隔离，但这很复杂;另一种方法是使所有材料尽可能纯净，但这很昂贵。

在最新研究中，芝加哥大学团队另辟蹊径，实现了量子系统长时间相干。论文第一作者凯文·苗说：“我们不是试图消除周围的噪音，相反，我们‘欺骗’系统，使其认为没有噪音。”

该团队除了给量子系统施加传统的电磁脉冲外，还施加了一个额外的连续交变磁场，通过精确调整该场，他们可以让电子自旋快速旋转，给其余噪音“消声”。

这一微小变化使系统相干时间保持了长达22毫秒(眨眼约需350毫秒)，比未经修改系统的“寿命”高出4个数量级，也高出以往任何电子自旋系统的“寿命”。此外，该系统几乎能完全消除某些形式的温度波动、物理振动和电磁噪声，而所有这些因素通常都会破坏量子相干。

研究主要作者、芝加哥量子交易所负责人戴维·奥沙洛姆说：“这种方法使在电子自旋内存储量子信息变得可行，延长存储时间有望使量子计算机内的操作更加复杂，并使量子信息在网络中传播更长距离。”

研究人员表示，尽管他们是在使用碳化硅的固态量子系统中测试这一技术，但该技术应该也适用于其他类型的量子系统，例如超导量子比特和分子量子系统。

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