量子控制方面的最新發(fā)現(xiàn)，這可能會(huì)實(shí)現(xiàn)基于量子力學(xué)的超快量子計(jì)算：光誘導(dǎo)無(wú)能隙超導(dǎo)，超導(dǎo)電流的量子節(jié)拍。太赫茲和納米尺度的物質(zhì)和能量的量子世界（每秒幾萬(wàn)億次周期和十億分之一米）對(duì)我們大多數(shù)人來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)謎。

愛(ài)荷華州立大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)教授王繼剛（音譯）說(shuō)：我喜歡研究超導(dǎo)率超過(guò)千兆赫(每秒數(shù)十億次)的量子控制，這是目前最先進(jìn)的量子計(jì)算應(yīng)用瓶頸。

其研究研究得到了Army research Office的支持，使用太赫茲光作為控制旋鈕來(lái)加速超電流。超導(dǎo)性是電在某些材料中無(wú)電阻的運(yùn)動(dòng)，通常發(fā)生在非常非常冷的溫度下，-400華氏度的高溫超導(dǎo)體。太赫茲光是非常非常高頻率的光，每秒幾萬(wàn)億次的頻率周期，它本質(zhì)上是非常強(qiáng)和強(qiáng)大的微波爆發(fā)，在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)射。王和一組研究人員證明，這種光可以用來(lái)控制超導(dǎo)態(tài)的一些基本量子特性。

包括宏觀超電流流動(dòng)、對(duì)稱(chēng)性破壞以及獲得某些被認(rèn)為是對(duì)稱(chēng)性所禁止的超高頻量子振蕩。這聽(tīng)起來(lái)既深?yuàn)W又奇怪，但它可以有非常實(shí)際的應(yīng)用。光誘導(dǎo)的超導(dǎo)電流為電磁設(shè)計(jì)量子工程應(yīng)用的涌現(xiàn)，材料特性和集體相干振蕩開(kāi)辟了一條前進(jìn)的道路，其研究于2019年7月1日發(fā)表在《自然光子學(xué)》(Nature Photonics)上。換句話(huà)說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)可以幫助物理學(xué)家通過(guò)推動(dòng)超電流，創(chuàng)造出速度極快的量子計(jì)算機(jī)。

如何控制、訪問(wèn)和操縱量子世界的特殊特性，并將它們與現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，是當(dāng)今科學(xué)界的一大推動(dòng)。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation)將這一“量子飛躍”納入了未來(lái)研發(fā)的“十大理念”?？茖W(xué)基金會(huì)對(duì)量子研究的支持總結(jié)說(shuō)：通過(guò)利用這些量子系統(tǒng)的相互作用，下一代用于傳感、計(jì)算、建模和通信的技術(shù)將更加精確和高效。

要達(dá)到這些能力，研究人員需要了解量子力學(xué)，以觀察、操縱和控制粒子和能量的行為，其尺寸至少要比人類(lèi)頭發(fā)的寬度小100萬(wàn)倍。王和合作者——來(lái)自愛(ài)荷華州的徐陽(yáng)、齊拉格·瓦斯瓦尼和梁羅，負(fù)責(zé)太赫茲儀器和實(shí)驗(yàn)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的Chris Sundahl、Jong-Hoon Kang和Chang-Beom Eom負(fù)責(zé)高質(zhì)量超導(dǎo)材料及其表征，伯明翰阿拉巴馬大學(xué)的Martin Mootz和Ilias E. Perakis負(fù)責(zé)模型的建立和理論模擬。

通過(guò)發(fā)現(xiàn)新的宏觀超導(dǎo)電流流動(dòng)狀態(tài)和開(kāi)發(fā)量子控制開(kāi)關(guān)和調(diào)制來(lái)推進(jìn)量子前沿。從太赫茲光譜學(xué)儀器獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，太赫茲超導(dǎo)電流的光波調(diào)諧是一個(gè)通用的工具，它是推動(dòng)量子功能在許多交叉學(xué)科達(dá)到極限的關(guān)鍵，目前的研究為未來(lái)多年通過(guò)太赫茲量子控制，光波超導(dǎo)電子開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。

博科園｜研究/來(lái)自：愛(ài)荷華州立大學(xué)

參考期刊《自然光子學(xué)》

DOI: 10.1038/s41566-019-0470-y

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