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超過(guò)5秒！量子態(tài)保持時(shí)間刷新紀錄 有助制造分布式量子互聯(lián)網(wǎng)

發(fā)布時(shí)間：2022-2-7來(lái)源：青島市科技局點(diǎn)擊：返回列表

 　　科技日報北京2月6日電 （記者張夢(mèng)然）據最新一期《科學(xué)進(jìn)展》報道，美國能源部（DOE）阿貢國家實(shí)驗室和芝加哥大學(xué)的科學(xué)家取得了量子科學(xué)研究的重大突破：他們能夠按需讀出量子位，并將量子態(tài)保持完整超過(guò)5秒，從而創(chuàng )下新紀錄。此次的量子位由易于獲得的碳化硅材料制成，碳化硅目前廣泛用于燈泡、電動(dòng)汽車(chē)和高壓電子設備中。

　　“在這樣的時(shí)間尺度上保存量子信息并不常見(jiàn)。”項目首席研究員、阿貢國家實(shí)驗室高級科學(xué)家大衛·奧沙洛姆說(shuō)，“5秒鐘的時(shí)間足以向月球發(fā)送光信號并實(shí)現返回。即使在繞地球近40圈之后，這種光仍能正確反映量子位的狀態(tài)，這就為制造分布式量子互聯(lián)網(wǎng)鋪平了道路。”

　　對于半導體量子位，典型的讀出方法是用激光尋址量子位并測量其反射回來(lái)的光，但這個(gè)過(guò)程需要非常有效地檢測光子。研究人員此次使用精心設計的激光脈沖，根據其初始量子態(tài)（0或1）將單個(gè)電子添加到其量子位中。

　　研究人員稱(chēng)，反射的光反映了電子存在與否，且信號幾乎增加了10000倍。“通過(guò)將脆弱的量子態(tài)轉化為穩定的電子電荷，我們可以更輕松地進(jìn)行狀態(tài)測量。通過(guò)信號增強，我們每次檢查量子位處于什么狀態(tài)時(shí)，都可獲得更為可靠的答案。這種類(lèi)型的測量稱(chēng)為‘單次讀出’，有了它，我們可以解鎖相當多的實(shí)用型量子技術(shù)。”

　　借助單次讀出方法，科學(xué)家們還可使量子態(tài)盡可能持久，而在以往，量子位很容易因為環(huán)境中的噪聲而丟失信息。

　　研究人員為此培養了高度純化的碳化硅樣品，這些樣品減少了會(huì )干擾其量子位功能的背景噪聲。然后通過(guò)對量子位施加一系列微波脈沖，就延長(cháng)了量子位保存信息的時(shí)間。

　　該論文共同第一作者、芝加哥大學(xué)的克里斯·安德森說(shuō)：“這些脈沖通過(guò)快速翻轉量子態(tài)，將量子位與噪聲源和錯誤解耦。每個(gè)脈沖就像按下量子位上的撤銷(xiāo)按鈕，消除脈沖之間可能發(fā)生的任何錯誤。”

　　研究人員表示，通過(guò)創(chuàng )建一個(gè)可在普通電子設備中制造的量子位系統，未來(lái)有望使用可擴展且具有成本效益的技術(shù)，為量子領(lǐng)域的創(chuàng )新開(kāi)辟一條新途徑。

　　總編輯圈點(diǎn)

　　在量子領(lǐng)域，延長(cháng)相干時(shí)間會(huì )產(chǎn)生重大影響，譬如，未來(lái)量子計算機可借此處理更復雜操作，量子傳感器也可檢測到更小的信號。如今全新的時(shí)間紀錄，意味著(zhù)科學(xué)家可在量子態(tài)被擾亂之前執行超過(guò)1億次量子操作。而執行單次讀出的能力更是打開(kāi)了一扇新窗：未來(lái)，我們可利用碳化硅量子位發(fā)出的光來(lái)幫助開(kāi)發(fā)量子互聯(lián)網(wǎng)，像量子糾纏之類(lèi)的“基本操作”，都可用基于碳化硅的系統實(shí)現。

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