超過5秒!量子態(tài)保持時間刷新紀(jì)錄
據(jù)最新一期《科學(xué)進展》報道,美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室和芝加哥大學(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5秒,從而創(chuàng)下新紀(jì)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、電動汽車和高壓電子設(shè)備中。
“在這樣的時間尺度上保存量子信息并不常見。”項目首席研究員、阿貢國家實驗室高級科學(xué)家大衛(wèi)·奧沙洛姆說,“5秒鐘的時間足以向月球發(fā)送光信號并實現(xiàn)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?!?/p>
對于半導(dǎo)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的光,但這個過程需要非常有效地檢測光子。研究人員此次使用精心設(shè)計的激光脈沖,根據(jù)其初始量子態(tài)(0或1)將單個電子添加到其量子位中。
研究人員稱,反射的光反映了電子存在與否,且信號幾乎增加了10000倍?!巴ㄟ^將脆弱的量子態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電子電荷,我們可以更輕松地進行狀態(tài)測量。通過信號增強,我們每次檢查量子位處于什么狀態(tài)時,都可獲得更為可靠的答案。這種類型的測量稱為‘單次讀出’,有了它,我們可以解鎖相當(dāng)多的實用型量子技術(shù)?!?/p>
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(yǎng)了高度純化的碳化硅樣品,這些樣品減少了會干擾其量子位功能的背景噪聲。然后通過對量子位施加一系列微波脈沖,就延長了量子位保存信息的時間。
該論文共同第一作者、芝加哥大學(xué)的克里斯·安德森說:“這些脈沖通過快速翻轉(zhuǎn)量子態(tài),將量子位與噪聲源和錯誤解耦。每個脈沖就像按下量子位上的撤銷按鈕,消除脈沖之間可能發(fā)生的任何錯誤?!?/p>
研究人員表示,通過創(chuàng)建一個可在普通電子設(shè)備中制造的量子位系統(tǒng),未來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)新開辟一條新途徑。(記者張夢然)
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