長命固態量子比特實現有新法
在一個稠密的系統中，一些鋱離子形成對狀態。由于其獨特性質，它們對附近的單個鋱離子是視而不見的，這將導致它們丟失量子信息。在不受混亂環境影響的情況下，它們可以充當量子比特，具有令人驚訝的長相干壽命。圖片來源：艾拉·馬魯工作室/美國科學促進會Eurekalert網站
據15日《自然·物理學》雜志報道，瑞士保羅·謝勒研究所、蘇黎世聯邦理工學院和洛桑聯邦理工學院研究人員表示，長壽命的量子比特可在雜亂的環境中存在。這一觀點推翻了以前的認知，即固態量子比特需要在超清潔材料中進行超遠距離隔離才能實現長壽命。
如何使量子比特保留足夠長的量子信息，是實用量子計算的主要障礙之一。人們普遍認為，長壽命量子比特的關鍵是清潔度。當量子比特開始與環境相互作用時，它們會通過一種稱為退相干的過程丟失量子信息。因此，傳統的看法是，讓它們彼此隔離，才能有望“活”得更久一些。在實踐中，這種量子比特設計方法存在一定問題。找到合適的超純材料并非易事。此外，將量子比特隔離到一定距離，使得任何由此產生的技術擴展都具有挑戰性。
新研究并沒有讓量子比特間隔很遠，而是將量子比特擠壓得更緊密。研究人員用稀土金屬鋱創建了固態量子比特，并將其摻雜到氟化釔鋰晶體中。在一個塞滿稀土離子的晶體中，量子比特的相干時間比預期的要長得多。
研究團隊用一種截然不同的方法取得了成功。他們的量子比特不是由單個離子形成的，而是由強相互作用的離子對形成的。這些離子對不使用單個離子的核自旋，而是基于不同電子殼層狀態的疊加形成量子比特。此外，這些量子比特具有不同的運行特征能量，因此不會受到環境干擾。
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