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量子存储态室温下维持39分钟 暗示新时代降临

http://www.kexue.com 2013-11-18 09:50:01   发表评论


量子存储态的长时间稳定存在意味着量子计算时代的临近

  加拿大西蒙-弗雷泽大学迈克-斯沃尔特教授领导的一个国际团队在最新一期《科学》期刊上报告说,他们在室温下使脆弱的量子存储态维持了创纪录的39分钟,从而将此前在硅基系统中编码信息“量子比特”25秒最长持续时间提高了近100倍,克服了超高速量子计算机研究的一大障碍。

  斯沃尔特称,此项研究成果开启了量子信息在室温下实现真正长时存储的可能性。在常规计算机中,数据“比特”只能存为1或0;而在量子计算机中,量子比特则可存为同时处于1和0的叠加态,因此能同时执行多次计算。但量子比特的问题在于其不稳定性,器件通常会在不到一秒的时间里“失忆”。

  在《吉尼斯世界纪录大全》中,目前还没有量子比特持续时间的记录。此前的非官方纪录是,固态系统中最长时间为25秒,深冷温度下的最长纪录为3分钟。

  在该项新实验中,研究人员将信息编码入保持在纯硅片中的磷原子核中,将其冷却到接近绝对零度的-269℃,然后利用磁场脉冲倾斜原子核的自旋方向,创造出叠加态。当研究人员将系统温度提升到室温25℃时,叠加态维持了39分钟。更重要的是,研究人员发现,他们可以随着系统温度的上升和回落到绝对零度对量子比特进行操纵。在深冷条件下,该量子存储系统可维持3个小时。

  参与研究的英国牛津大学材料系教授斯蒂芬妮-西蒙斯表示,通常测量系统均会引入噪声,但他们已确认该系统基本没有噪声。不过,在进行大规模量子计算前,仍有许多障碍需要克服。首先,这种内存器件需要用高纯硅制作,以避免磁同位素对原子核自旋的干扰;其次,该实验中磷离子100亿次自旋都处于相同的量子态。而要运行计算,物理学家还需将不同的量子比特置于不同的状态,并控制其耦合和相互作用。

  量子研究领域的专家认为,在一个可测量系统中,能维持如此长时间的相干态是该研究的重大成就,而且从实验观点看,对样品进行重复加热和冷却也没有发生问题,也是相当了不起的。更重要的是,该项研究表明,对硅材料的投资仍有巨大的工程潜力可挖。

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