长寿的量子位在嘈杂的环境中作为“岛屿”生存 - 物理世界

量子位（qubit）保留其量子性质的时间长度对于量子计算至关重要，因为它决定了它们可以执行的计算的数量和复杂性。几十年来，传统观点认为，增加所谓的相干时间意味着保护量子位免受彼此和外部扰动的影响。然而现在，瑞士保罗谢勒研究所、苏黎世联邦理工学院和洛桑联邦理工学院的研究人员证明，一些量子位可以在嘈杂的环境中存活更长时间，从而彻底改变了这一想法。

就像经典计算机以值为 0 或 1 的位存储信息一样，量子计算依赖于存在两种可能状态的系统。不同之处在于，量子位也可以处于这两种状态的叠加。正是这种模糊性使它们能够比经典机器更快地执行某些计算，但量子态很脆弱并且往往会退相干——这意味着它们会恢复到经典 0 和 1 的行为，从而丢失宝贵的量子信息。

在最新的工作中，由光子学科学家领导的研究人员 加布里埃尔·艾普利 研究了由铽离子掺杂到氟化钇锂晶体中制成的固态量子位（YLiF₄）。这些离子拥有两个低位量子能级，在 5G 通信频域中具有能量差，研究人员正是将这些二态系统用作其量子位。他们发现，虽然大多数量子位仅经历平均相干时间，但由靠近的铽离子对形成的少数量子位却被证明是“极其相干的”。

尖锐、明显的峰

研究人员使用微波光谱和自旋回波探针观察了这些异常相干的量子位，这些探针通常用于测量相干时间。他们在回波测量中发现了非常尖锐、明显的峰值，这对应于成对离子量子位的相干时间（在某些情况下长100倍）比位于距其邻居平均距离的量子位的相干时间长得多。研究小组通过指出成对离子无法与附近的单个离子交换能量，因此不会受到与它们的相互作用的干扰，从而解释了这些长相干时间。

“这项研究的目的是证明，即使在离子浓度相当高的情况下，也有可能产生晶体场能级（稀土离子上电子的不同低能组织）的量子相干叠加，”解释道队员 马库斯·穆勒。 “起初，我们根本不清楚我们是否能够在如此嘈杂的环境中看到任何相干性，这是一个意想不到的发现，掺杂实体之间的相干性高度不均匀，并且高相干性的“岛屿”可以存活。”

他补充说，这一发现可以为量子计算架构的设计提供信息，特别是对于将量子位随机植入到主矩阵中的方案。其他潜在的应用包括使用量子位作为量子传感器，用于其环境中的磁动力学。例如，这可能使研究人员能够在多体定位研究中探测随机偶极耦合系统中的自旋扩散速度以及偶极相互作用在降解它中所起的作用。

优化量子位对的灵敏度

展望未来，研究人员的目标是优化量子位对的灵敏度，并在无核自旋的主体材料中重建局部电核态的量子叠加。消除核自旋将最大限度地减少不需要的磁噪声源，在 YLiF 中₄ 主要由氟原子的自旋产生。

电荷量子位获得千倍提升

“我们还将尝试实现不同角动量的离子态的类似相干叠加”，穆勒透露。 “这些将把激发频率范围从我们目前使用的微波区域（30 GHz）扩展到光学范围，其中强激光的可用性允许更快的激发时间（拉比频率）。事实上，我们已经在这个方向上取得了有希望的初步结果。”

该团队还在探索在量子信息处理或硅中掺杂剂计算的背景下使用成对掺杂剂的方法。

该研究详述于 自然物理学.

• SEO 支持的内容和 PR 分发。 今天得到放大。
• PlatoData.Network 垂直生成人工智能。 赋予自己力量。 访问这里。
• 柏拉图爱流。 Web3 智能。 知识放大。 访问这里。
• 柏拉图ESG。 碳， 清洁科技, 能源， 环境， 太阳能， 废物管理。 访问这里。
• 柏拉图健康。 生物技术和临床试验情报。 访问这里。
• Sumber: https://physicsworld.com/a/long-lived-qubits-survive-as-islands-in-a-noisy-environment/