一种简单的修改方法可使量子态的寿命延长10,000倍

芝加哥大学普利兹克分子工程学院的一组科学家宣布发现了一种简单的修改方法，该方法可以使量子系统保持运转（或“相干”）的时间比以前延长了10,000倍。尽管科学家在称为固态量子位的一类特定量子系统上测试了他们的技术，但他们认为该技术应适用于许多其他种类的量子系统，从而可能彻底改变量子通信，计算和传感。

研究的主要作者，分子工程学的教授，阿贡国家实验室的高级科学家，芝加哥量子所的负责人戴维·奥沙洛姆（David Awschalom）说：“这一突破为量子科学的激动人心的新研究途径奠定了基础。这项发现的广泛适用性，加上非常简单的实现方式，使得这种强大的一致性可以影响量子工程的许多方面。它使以前认为不切实际的新研究机会成为可能。”

在原子层面上，世界按照量子力学的规则运行-与我们日常生活中所看到的完全不同。这些不同的规则可以转化为几乎无法破解的网络或功能极其强大的计算机之类的技术。美国能源部在7月23日于美国芝加哥举行的一次活动中发布了未来量子互联网的蓝图。但是，基本的工程挑战仍然存在：量子国家需要一个极其安静，稳定的空间来操作，因为它们很容易受到来自背景噪声的干扰振动，温度变化或杂散电磁场。

因此，科学家试图找到使系统尽可能长时间保持一致的方法。一种常见的方法是将系统与嘈杂的环境物理隔离，但这可能很麻烦且复杂。另一种技术涉及使所有材料尽可能纯，这可能是昂贵的。芝加哥大学的科学家采取了不同的策略。

该论文的第一作者，博士后研究员凯文·苗说：“采用这种方法，我们不会试图消除周围的噪音；相反，我们会欺骗系统，使其认为没有噪音。”

与用于控制量子系统的常规电磁脉冲相结合，研究小组应用了附加的连续交变磁场。通过精确调节该场，科学家可以迅速旋转电子自旋，并使系统“消除”其余的噪声。

这个微小的变化使系统能够保持高达22毫秒的相干性，比未经修改的系统高四个数量级，并且比以前报道的任何电子自旋系统都要长。（作为比较，眨眼大约需要350毫秒）。该系统几乎可以完全消除某些形式的温度波动，物理振动和电磁噪声，所有这些通常会破坏量子相干性。

科学家们说，这种简单的修复方法几乎可以释放量子技术各个领域的发现。

“这种方法为扩展性创造了一条途径，” Awschalom说。“这应该使在电子自旋中存储量子信息变得切实可行。延长的存储时间将使量子计算机中的操作更加复杂，并使从基于自旋的设备传输的量子信息在网络中传播更长的距离。”

尽管他们的测试是在使用碳化硅的固态量子系统中进行的，但科学家们认为，该技术应该在其他类型的量子系统（例如超导量子位和分子量子系统）中具有类似的效果。对于这样的工程突破来说，这种多功能性是不寻常的。

苗博士说：“许多量子技术的候选者被搁置了，因为它们不能长时间保持量子相干性。现在我们可以通过这种方式来大幅度提高连贯性，可以对这些人进行重新评估。“

他补充说：“最好的部分是，这非常容易做到。它背后的科学很复杂，但是增加交变磁场的后勤工作非常简单。”

该研究于8月13日发表在《科学》杂志上。

稿源：TechTMT.Com