新方法可為量子態延時萬倍

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，使量子系統保持運轉（相干）的時間比以前延長了1萬倍。盡管他們隻在固態量子比特系統上測試了這一技術，但該技術應適用於其他多種量子系統，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幾乎無法破解的網絡或功能極其強大的計算機等高精尖技術。鑒於此，美國能源部於7月23日發布了未來量子互聯網搭建藍圖。但要實現這些宏偉願景面臨一個巨大挑戰：量子狀態需要極安靜且穩定的運行空間，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盡可能長時間保持相干。一種方法是將量子系統與嘈雜環境物理隔離，但這很復雜﹔另一種方法是使所有材料盡可能純淨，但這很昂貴。

在最新研究中，芝加哥大學團隊另辟蹊徑，實現了量子系統長時間相干。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，使其認為沒有噪音。”

該團隊除了給量子系統施加傳統的電磁脈沖外，還施加了一個額外的連續交變磁場，通過精確調整該場，他們可以讓電子自旋快速旋轉，給其余噪音“消聲”。

這一微小變化使系統相干時間保持了長達22毫秒（眨眼約需350毫秒），比未經修改系統的“壽命”高出4個數量級，也高出以往任何電子自旋系統的“壽命”。此外，該系統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的操作更加復雜，並使量子信息在網絡中傳播更長距離。”

研究人員表示，盡管他們是在使用碳化硅的固態量子系統中測試這一技術，但該技術應該也適用於其他類型的量子系統，例如超導量子比特和分子量子系統。