来自亚利桑那州立大學(xué)和中(zhōng)國(guó)浙江大學(xué)的研究人员，以及来自英國(guó)的两名(míng)理(lǐ)论家，已经能(néng)够首次证明，在可(kě)编程的固态超导处理(lǐ)器中(zhōng)，大量的量子比特(qubits)可(kě)以被调谐到相互作(zuò)用(yòng)，同时保持前所未有(yǒu)的長(cháng)时间相干。

以前，这只在里德(dé)堡原子系统（Rydberg atom systems）中(zhōng)是可(kě)能(néng)的。

10月13日，在《自然物(wù)理(lǐ)學(xué)》杂志(zhì)上发表的论文(wén)中(zhōng)，亚利桑那州立大學(xué)摄政教授来颖诚和他(tā)的前博士生应磊以及实验家王浩华（后两者是浙江大學(xué)的教授）首次展示了量子多(duō)體(tǐ)疤痕(QMBS)状态：这是一种维持相互作(zuò)用(yòng)的量子比特之间相干性的强大机制，為(wèi)量子信息科(kē)學(xué)和技(jì )术中(zhōng)的各种高处理(lǐ)速度和低功耗应用(yòng)的多(duō)方纠缠提供了可(kě)能(néng)。应磊说：“QMBS状态具(jù)有(yǒu)多(duō)方纠缠的内在和通用(yòng)能(néng)力，这使得它们对量子传感和计量學(xué)等应用(yòng)极具(jù)吸引力。”应磊解释说。经典或二进制计算依赖于晶體(tǐ)管，它们在同一时间只能(néng)代表1或0。在量子计算中(zhōng)，量子比特可(kě)以同时代表0和1，这可(kě)以指数级地加速某些计算过程。

来颖诚说：“在量子信息科(kē)學(xué)和技(jì )术中(zhōng)，通常需要将大量的基本信息处理(lǐ)单元——量子比特，组装(zhuāng)在一起。”“对于像量子计算这样的应用(yòng)，在量子比特之间保持高度的相干性或量子纠缠至关重要。”“然而，量子比特之间不可(kě)避免的相互作(zuò)用(yòng)和环境噪声可(kě)以在很(hěn)短的时间内破坏一致性：大约10纳秒(miǎo)内，这是因為(wèi)许多(duō)相互作(zuò)用(yòng)的量子比特构成了一个多(duō)體(tǐ)系统。”

通过量子态层析成像对QMBS状态进行实验设置和识别。

照片来源：亚利桑那州立大學(xué)、浙江大學(xué)

这项研究的关键是对延迟热化以保持相干性的深入了解，这也被认為(wèi)是量子计算的一个关键研究目标。

“从基础物(wù)理(lǐ)學(xué)中(zhōng)，我们知道在一个由许多(duō)相互作(zuò)用(yòng)的粒子组成的系统中(zhōng)，例如，封闭體(tǐ)积中(zhōng)的分(fēn)子，将出现热化过程。”来颖诚说：“许多(duō)量子比特之间的争夺将无一例外地导致量子热化——所谓的‘特征态热化假说’所描述的过程，这将破坏量子比特之间的一致性。”

来颖诚表示，这些发现将有(yǒu)助于推动量子计算的发展，并将在密码學(xué)、安(ān)全通信和网络安(ān)全以及其他(tā)技(jì )术中(zhōng)得到应用(yòng)。来自英國(guó)利兹利兹大學(xué)物(wù)理(lǐ)与天文(wén)學(xué)院的Jean-Yves Desaules和Zlatko Papić参与合作(zuò)。浙江大學(xué)前博士后、现任浙大杭州科(kē)创中(zhōng)心技(jì )术开发专家的李贺康制备了实验所用(yòng)的超导量子芯片。除此以外，还有(yǒu)来自浙江大學(xué)的：张鹏飞、董航、陈佳辰、邓金凤、刘波波、任文(wén)辉、姚云燕、张旭、徐世波、王珂、金飞桐、朱旭浩和宋超。

其他(tā)参与贡献的人员：来自中(zhōng)國(guó)科(kē)學(xué)院自动化研究所的赵良田和郝杰，以及来自美國(guó)波士顿QuEra计算公(gōng)司的刘芳丽。

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