糾纏五重態首次在室溫下實現量子相干，有望促進量子計算和量子傳感技術研發
實驗示意圖。圖片來源：柳井伸弘
日本九州大學和神戶大學科學家報告稱，通過將發色團(一種吸收光并發出顏色的染料分子)嵌入金屬有機框架，他們在室溫下實現了量子相干。這是量子系統在不受周圍噪聲影響的情況下，保持量子狀態的能力。最新研究標志著量子計算和量子傳感技術領域的重大進步。相關論文發表于《科學進展》雜志。
量子計算和量子傳感都是利用量子比特的技術。目前，科學家探索了多種系統來實現量子比特，其中包括電子自旋。電子有向上和向下兩種自旋狀態。基于自旋的量子比特可以這些狀態的組合存在(量子疊加)，且能彼此“糾纏”(即一個量子比特狀態的變化會影響另一個量子比特的狀態)。
量子傳感技術利用量子糾纏態對環境噪聲極其敏感的特性，有望實現更高分辨率和靈敏度。但讓4個電子發生量子糾纏并使它們對外部分子作出反應，一直面臨極大挑戰。
此前，科學家通過單線態裂變過程，在室溫下用發色團激發電子來獲得電子自旋。但在室溫下，量子信息會失去量子疊加和糾纏狀態。因此，量子相干通常只在液氮溫度(-196℃)下才能實現。
為抑制分子運動并實現室溫量子相干，研究團隊在有機金屬框架中引入基于并五苯的發色團。結果顯示，有機金屬框架促進了并五苯的運動，使電子從三重態能級躍遷為五重態能級，充分保持了五重多激子態的量子相干性。通過微波脈沖光激發電子，他們觀察到，該狀態的量子相干在室溫下持續超過100納秒。這是糾纏五重態在室溫下首次實現量子相干。
研究人員表示，雖然持續時間很短，但最新發現為設計在室溫下產生多個量子比特的材料鋪平了道路，也為基于多種目標化合物的多量子門控制和量子傳感打開了大門。
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