量子状态只能维持几百万分之一秒,而简单的方法可以扩展10,000次

北京时间8月19日消息,在量子科学领域,一些简单的创新可能会带来更多的可能性。

如果我们能够操纵量子技术,人类的生活可能会发生翻天覆地的变化。

但是首先,科学家必须使量子系统的寿命更长,而不仅仅是每秒几百万分之一。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院的研究人员宣布,他们已经发现了一种简单的调节方法,该方法可以使量子系统的运行时间或“相干”时间变短。

时间比以前长了10,000倍。

研究人员已经在一种称为“固态量子位”的特殊量子系统上对该技术进行了测试。

但是他们认为该技术应该适用于许多其他类型的量子系统,这可能会彻底改变量子通信,计算和传输。

技术感。

这项研究的结果发表在8月13日的《科学》上。

▲从左到右:芝加哥大学普利兹克分子工程学院的科学家Kevin Miao,Chris Anderson和Alexander Blascha在David O’Shalom的实验室中进行量子研究。

“这一突破为量子科学研究奠定了基础,并开辟了激动人心的新途径,”分子工程学院的David Awschalom说。

“这项发现的广泛适用性,再加上非常简单的实现方法,这种强大的连贯性影响了量子工程的许多方面。

一些先前认为不切实际的研究也可能有机会成为可能。

O’Shalom还是阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的高级科学家,也是该研究所的芝加哥量子交换所所长(Chicago Quantum Exchange)。

世界根据量子力学的规则在原子级运行,这与我们在日常生活中看到的一切大不相同。

这些规则可以转换为非常具有未来意义的新技术,例如无法访问的网络或功能非常强大的计算机。

今年7月23日,美国能源部在芝加哥大学发布了未来量子互联网的蓝图。

但是,研究人员仍然必须面对最基本的工程挑战:量子态需要在极其安静和稳定的空间中运行,因为它们容易受到振动,温度变化或杂散电磁场的背景噪声的影响。

因此,科学家们试图找到保持量子系统相干状态的方法,时间越长越好。

常见的方法是物理隔离,即将量子系统与嘈杂的环境进行物理隔离,但是此方法可能非常笨拙且复杂。

另一种技术是确保量子系统中的所有材料尽可能纯净,但是这样做的成本非常高。

芝加哥大学的研究人员采用了不同的策略。

“在这种方法中,我们并没有试图消除环境中的噪音,”该论文的第一作者,博士后研究员Kevin Miao(音译)说。

“相反,我们作弊”系统,使其相信它不受噪音的影响”。

研究团队使用了额外的连续交变磁场,并结合了常用的电磁脉冲来控制量子系统。

通过精确地调节该磁场,研究人员可以加速电子的自旋,从而使系统能够“屏蔽”电子。

其余的噪音。

“可以将其原理想象为坐在旋转木马上,周围的每个人都在大吼大叫,”苗文凯解释。

“当马静止不动时,您可以清楚地听到它周围的声音。

但是,如果您快速旋转,这些噪音将被模糊并成为背景”。

这种小的调整可使量子系统的相干状态保持22毫秒,这比未调整的系统保留时间长4个数量级,并且远高于先前报道的电子自旋系统。

作为参考,我们的闪烁时间约为350毫秒。

这个量子系统几乎可以完全屏蔽某些形式的温度波动,物理振动和电磁噪声,这将破坏量子相干性。

研究人员说,这种简单的调整可能会促进量子技术在几乎所有领域中取得新发现。

“此方法为可扩展性开辟了一条道路”。

欧沙洛姆说。

通过这种方法,使用电子自旋来存储量子信息将成为现实。

延长存储时间将使量子计算机能够执行更复杂的任务。

操作并启用基于自旋的设备传输的量子信息,使其能够在网络中传播更长的距离”。

尽管研究人员的测试是在使用碳化硅的固态量子系统中进行的,但他们相信这项技术