一種簡單的方法，使量子系統(tǒng)保持運轉(zhuǎn)的時間比以前延長了1萬倍

美國科學家在近日出版的《科學》雜志撰文指出，他們用一種簡單的方法，使量子系統(tǒng)保持運轉(zhuǎn)(相干)的時間比以前延長了1萬倍。盡管他們只在固態(tài)量子比特系統(tǒng)上測試了這一技術，但該技術應適用于其他多種量子系統(tǒng)，有望徹底改變量子通信、計算和傳感等領域。

研究人員解釋說，量子技術有望幫助科學家實現(xiàn)幾乎無法破解的網(wǎng)絡或功能極其強大的計算機等高精尖技術。鑒于此，美國能源部于7月23日發(fā)布了未來量子互聯(lián)網(wǎng)搭建藍圖。但要實現(xiàn)這些宏偉愿景面臨一個巨大挑戰(zhàn)：量子狀態(tài)需要極安靜且穩(wěn)定的運行空間，因為它們很容易受到溫度變化、雜散電磁場等背景噪聲的干擾。

科學家一直在想方設法使量子系統(tǒng)盡可能長時間保持相干。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，芝加哥大學團隊另辟蹊徑，實現(xiàn)了量子系統(tǒng)長時間相干。論文第一作者凱文·苗說：“我們不是試圖消除周圍的噪音，相反，我們‘欺騙’系統(tǒng)，使其認為沒有噪音?！?br />
該團隊除了給量子系統(tǒng)施加傳統(tǒng)的電磁脈沖外，還施加了一個額外的連續(xù)交變磁場，通過精確調(diào)整該場，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)相干時間保持了長達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個數(shù)量級，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、物理振動和電磁噪聲，而所有這些因素通常都會破壞量子相干。

研究主要作者、芝加哥量子交易所負責人戴維·奧沙洛姆說：“這種方法使在電子自旋內(nèi)存儲量子信息變得可行，延長存儲時間有望使量子計算機內(nèi)的操作更加復雜，并使量子信息在網(wǎng)絡中傳播更長距離。”

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)中測試這一技術，但該技術應該也適用于其他類型的量子系統(tǒng)，例如超導量子比特和分子量子系統(tǒng)。