反饋技術將量子疊加時長提高1000倍

有望推動量子計算機實現

科技日報北京4月7日電 （記者劉霞）量子計算機勝過傳統計算機的「秘密武器」是量子疊加，但量子疊加很脆弱，延長其壽命是研製大型通用量子計算機面臨的主要「攔路虎」之一。在7日出版的《自然》雜誌上，美國科學家稱，他們在由合成鑽石製造的量子設備內使用一種量子反饋技術，將量子疊加的時長提高了1000多倍，向最終研製出可靠的量子計算機邁出了重要一步。

上海交通大學物理與天文系金賢敏教授對科技日報記者解釋稱，反饋控制是讓大多數物理系統保持穩定的最好方法：測量系統目前的狀態併產生一個控制信號，控制信號能讓系統返回其理想狀態，但測量會破壞量子疊加，因此，量子計算機專家不得不「忍痛割愛」。最新論文主要作者、麻省理工學院（MIT）核科學和工程學副教授葆拉·卡佩拉羅說：「我們用量子的反饋控制來保護量子疊加，在此過程中不需要測量。」

最新系統使用鑽石內的氮空位中心：純凈鑽石由採用規則晶格結構排列的碳原子組成。如果一個碳核不在應在的晶格內，那就是一個空位。如果一個氮原子鳩佔鵲巢，在晶格內取代碳原子，且與一個空位相鄰，那就形成一個氮空位（NV）中心，其能代表一個量子比特，且擁有幾大優勢：首先，它是物理結構固有的屬性，不再需要其他用於捕獲離子或原子的硬體；其次，氮空位中心是自然光發射器，從其讀取信息相對來說更簡單一些。

據MIT官網消息，在實驗中，研究人員用氮核的自旋狀態來控制NV的電子自旋：微波先讓NV中心的電子自旋進入疊加狀態，射頻輻射接著讓氮核進入特定的自旋狀態，另一些低功率微波隨後讓氮核同NV中心的自旋發生「糾纏」。此時，NV量子比特能執行計算。之後，第三批微波被用來解除氮核與NV中心間的糾纏。最後，系統暴露於一個微波序列之下。這種暴露是被精確校準了的，即使如此，它們對NV中心的影響還是取決於氮核的狀態。如果計算中出現錯誤，那麼，微波將糾正這一錯誤，如果沒有，激光不會改變NV中心的狀態。

結果表明，使用這一反饋控制系統，一個氮空位中心量子比特能保持疊加狀態的時間是不使用這一系統的1000倍。

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