用于研究的碳化硅芯片（圖片來源：網(wǎng)絡）

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美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室和芝加哥大學的研究人員發(fā)現(xiàn)：量子態(tài)持續(xù)時間可超5秒，這成為量子科學領域的新紀錄。該項突破將有望實現(xiàn)更復雜的量子計算，甚至實現(xiàn)"量子互聯(lián)網(wǎng)"。?

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將量子態(tài)擴展到"常規(guī)時間尺度"

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這項突破發(fā)表在《科學進展》雜志上，他們使用了一種"單次讀出"的方法，可以輕松地按需讀取量子比特。該方法根據(jù)電子的量子態(tài)，利用精確的激光脈沖將單個電子添加到量子比特，從而使量子比特的量子態(tài)持續(xù)更長的時間。

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眾所周知，要維持長時間的量子態(tài)一直是一項艱巨任務，因為量子比特很容易由于環(huán)境噪聲而丟失其信息——這是量子計算機必須在超低溫下運行的主要原因之一。

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阿貢國家實驗室的高級科學家David Awschalom說："量子信息要想保存較長時間很不容易，五秒鐘內(nèi)足以向月球發(fā)射和返回光速信號，如果能通過光將信息利用量子比特傳輸?shù)綄Ψ剑蔷吞珡姶罅?。即使在繞地球近40圈之后，這種光仍可正確反映量子態(tài)，這為制造分布式量子互聯(lián)網(wǎng)鋪平了道路。"

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擁有足夠的時間來執(zhí)行 1 億次量子操作

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為了減少背景噪聲的影響，研究人員用高度純化的碳化硅樣品制作了量子比特，這種更易縱向擴展的材料廣泛使用在商業(yè)產(chǎn)能中。他們通過將精確的微波脈沖應用于量子比特，利用"相干性"將保存量子信息的時間延長到五秒以上。

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該論文的共同第一作者芝加哥大學的Chris Anderson說："這些脈沖通過快速翻轉(zhuǎn)量子態(tài)將量子比特與噪聲源進行誤差分離，每個脈沖就像點擊量子比特上的撤消按鈕，消除脈沖之間可能發(fā)生的任何錯誤。"

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他接著說："我們初步做了一個轉(zhuǎn)換器，將量子態(tài)轉(zhuǎn)換為電子態(tài)，就像智能手機里的內(nèi)容一樣，電子是經(jīng)典電子學的語言。我們希望創(chuàng)造新一代的設備，這些設備對單電子敏感，但也具有量子態(tài)。而碳化硅可以做到這兩點，這就是我們認為它很合適的原因。"

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研究人員表示：從理論上說，他們通過量子相干性能夠執(zhí)行1億多次量子操作。這項突破可以擴展量子計算機的容量，進行更復雜的量子計算操作，并改進未來量子傳感器的檢測能力。

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文：Chris Young

編譯：卉可

編輯：慕一
注：本文編譯自“Interesting Engineering”，不代表量子前哨觀點。

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