控制量子系統(tǒng)的常規(guī)電磁脈沖結(jié)合的原因

在量子領(lǐng)域，如果我們可以操縱量子技術(shù)，人類的生活可能會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。但首先，科學(xué)家必須使量子系統(tǒng)維持更長的時(shí)間，而不是僅僅百萬分之幾秒。

芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院的一組科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)了一種簡單的方法，讓量子（相干）系統(tǒng)持續(xù)的時(shí)間延長了 10000 倍。盡管科學(xué)家只在被稱為固態(tài)量子位的特定系統(tǒng)上測試了他們的技術(shù)，但他們認(rèn)為該技術(shù)應(yīng)適用于許多其他種類的量子系統(tǒng)，從而可能徹底改變量子通信，計(jì)算和傳感。

從左至右：芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院的科學(xué)家凱文·苗、克里斯·安德森和亞歷山大·布拉沙在大衛(wèi)·奧沙洛姆的實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行量子研究

主要作者，分子工程學(xué)教授，阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的高級科學(xué)家，芝加哥量子交易所的負(fù)責(zé)人戴維·奧沙洛姆（David Awschalom）說：“這一突破為令人興奮的量子科學(xué)的新研究途徑奠定了基礎(chǔ)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的廣泛適用性以及非常簡單的實(shí)現(xiàn)方式，可以影響到量子工程的許多方面。它使以前被認(rèn)為不切實(shí)際的項(xiàng)目成為可能。”

在原子的層面上，世界按照量子力學(xué)的規(guī)則運(yùn)行——與我們?nèi)粘Ｉ钪兴吹降耐耆煌＿@些不同的規(guī)則可以賦予我們幾乎無法破解的網(wǎng)絡(luò)或功能極其強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)之類的技術(shù)。但基本的工程挑戰(zhàn)依然無法逾越：量子狀態(tài)需要一個(gè)非常安靜，穩(wěn)定的操作空間，因?yàn)樗鼈兒苋菀资艿秸駝?dòng)，溫度變化或雜散電磁場等背景噪聲的影響。

科學(xué)家們說，這種簡單的降噪方法幾乎可以釋放量子技術(shù)在各領(lǐng)域的巨大潛力。

因此，科學(xué)家試圖找到使系統(tǒng)盡可能長時(shí)間保持一致的方法。一種常見的方法是將系統(tǒng)與嘈雜的環(huán)境物理隔離，但這可能很麻煩且復(fù)雜。另一種技術(shù)是提高原材料的純度，但相關(guān)工藝往往非常昂貴。

論文的作者，博士后研究員凱文·苗說：“采用這種方法，我們不會(huì)試圖消除周圍的噪音；相反，我們會(huì)欺騙系統(tǒng)，使其認(rèn)為沒有噪音?！迸c控制量子系統(tǒng)的常規(guī)電磁脈沖結(jié)合，研究小組應(yīng)用附加的連續(xù)交變磁場。通過精確調(diào)節(jié)場強(qiáng)，科學(xué)家可以迅速旋轉(zhuǎn)電子的自旋方向，并使系統(tǒng)“消除”額外的噪聲?！斑@一原理，就像坐在旋轉(zhuǎn)木馬上，周圍的人們大喊大叫。當(dāng)木馬靜止時(shí)，您可以聽到周遭的聲音，但是如果快速旋轉(zhuǎn)起來，噪音就會(huì)模糊到背景中。”

這一微弱變化使系統(tǒng)能夠保持高達(dá) 22 毫秒的相干性，比原始時(shí)長高 4 個(gè)數(shù)量級，比以前的記錄都要久。（作為比較，眨眼大約是 350 毫秒）。該系統(tǒng)幾乎可以完全消除某些形式的溫度波動(dòng)，物理振動(dòng)和電磁噪聲。
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