一種簡(jiǎn)單的方法，使量子系統(tǒng)保持運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間比以前延長(zhǎng)了1萬(wàn)倍

美國(guó)科學(xué)家在近日出版的《科學(xué)》雜志撰文指出，他們用一種簡(jiǎn)單的方法，使量子系統(tǒng)保持運(yùn)轉(zhuǎn)(相干)的時(shí)間比以前延長(zhǎng)了1萬(wàn)倍。盡管他們只在固態(tài)量子比特系統(tǒng)上測(cè)試了這一技術(shù)，但該技術(shù)應(yīng)適用于其他多種量子系統(tǒng)，有望徹底改變量子通信、計(jì)算和傳感等領(lǐng)域。

研究人員解釋說(shuō)，量子技術(shù)有望幫助科學(xué)家實(shí)現(xiàn)幾乎無(wú)法破解的網(wǎng)絡(luò)或功能極其強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)等高精尖技術(shù)。鑒于此，美國(guó)能源部于7月23日發(fā)布了未來(lái)量子互聯(lián)網(wǎng)搭建藍(lán)圖。但要實(shí)現(xiàn)這些宏偉愿景面臨一個(gè)巨大挑戰(zhàn)：量子狀態(tài)需要極安靜且穩(wěn)定的運(yùn)行空間，因?yàn)樗鼈兒苋菀资艿綔囟茸兓?、雜散電磁場(chǎng)等背景噪聲的干擾。

科學(xué)家一直在想方設(shè)法使量子系統(tǒng)盡可能長(zhǎng)時(shí)間保持相干。一種方法是將量子系統(tǒng)與嘈雜環(huán)境物理隔離，但這很復(fù)雜; 另一種方法是使所有材料盡可能純凈，但這很昂貴。

在最新研究中，芝加哥大學(xué)團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，實(shí)現(xiàn)了量子系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間相干。論文第一作者凱文·苗說(shuō)：“我們不是試圖消除周?chē)脑胍?，相反，我們‘欺騙’系統(tǒng)，使其認(rèn)為沒(méi)有噪音?！?br />
該團(tuán)隊(duì)除了給量子系統(tǒng)施加傳統(tǒng)的電磁脈沖外，還施加了一個(gè)額外的連續(xù)交變磁場(chǎng)，通過(guò)精確調(diào)整該場(chǎng)，他們可以讓電子自旋快速旋轉(zhuǎn)，給其余噪音“消聲”。

這一微小變化使系統(tǒng)相干時(shí)間保持了長(zhǎng)達(dá)22毫秒(眨眼約需350毫秒)，比未經(jīng)修改系統(tǒng)的“壽命”高出4個(gè)數(shù)量級(jí)，也高出以往任何電子自旋系統(tǒng)的“壽命”。此外，該系統(tǒng)幾乎能完全消除某些形式的溫度波動(dòng)、物理振動(dòng)和電磁噪聲，而所有這些因素通常都會(huì)破壞量子相干。

研究主要作者、芝加哥量子交易所負(fù)責(zé)人戴維·奧沙洛姆說(shuō)：“這種方法使在電子自旋內(nèi)存儲(chǔ)量子信息變得可行，延長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間有望使量子計(jì)算機(jī)內(nèi)的操作更加復(fù)雜，并使量子信息在網(wǎng)絡(luò)中傳播更長(zhǎng)距離?！?br />
研究人員表示，盡管他們是在使用碳化硅的固態(tài)量子系統(tǒng)中測(cè)試這一技術(shù)，但該技術(shù)應(yīng)該也適用于其他類(lèi)型的量子系統(tǒng)，例如超導(dǎo)量子比特和分子量子系統(tǒng)。