新方法实现长寿固态量子比特

1月15日，据《自然·物理学》报道，瑞士保罗·谢勒研究所、苏黎世联邦理工学院和洛桑联邦理工学院研究人员表示，长寿命的量子比特可在杂乱的环境中存在。这一观点推翻了以前的认知，即固态量子比特需要在超清洁材料中进行超远距离隔离才能实现长寿命。

如何使量子比特保留足够长的量子信息，是实用量子计算的主要障碍之一。人们普遍认为，长寿命量子比特的关键是清洁度。当量子比特开始与环境相互作用时，它们会通过一种称为退相干的过程丢失量子信息。因此，传统的看法是，让它们彼此隔离，才能有望“活”得更久一些。在实践中，这种量子比特设计方法存在一定问题。找到合适的超纯材料并非易事。此外，将量子比特隔离到一定距离，使得任何由此产生的技术扩展都具有挑战性。

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在一个稠密的系统中，一些铽离子形成对状态。由于其独特性质，它们对附近的单个铽离子是视而不见的，这将导致它们丢失量子信息。在不受混乱环境影响的情况下，它们可以充当量子比特，具有令人惊讶的长相干寿命。

新研究并没有让量子比特间隔很远，而是将量子比特挤压得更紧密。研究人员用稀土金属铽创建了固态量子比特，并将其掺杂到氟化钇锂晶体中。在一个塞满稀土离子的晶体中，量子比特的相干时间比预期的要长得多。

研究团队用一种截然不同的方法取得了成功。他们的量子比特不是由单个离子形成的，而是由强相互作用的离子对形成的。这些离子对不使用单个离子的核自旋，而是基于不同电子壳层状态的叠加形成量子比特。此外，这些量子比特具有不同的运行特征能量，因此不会受到环境干扰。