來自亞利桑那州立大學(xué)和中(zhōng)國(guó)浙江大學(xué)的研究人員，以及來自英國(guó)的兩名(míng)理(lǐ)論家，已經能(néng)夠首次證明，在可(kě)編程的固态超導處理(lǐ)器中(zhōng)，大量的量子比特(qubits)可(kě)以被調諧到相互作(zuò)用(yòng)，同時保持前所未有(yǒu)的長(cháng)時間相幹。

以前，這隻在裏德(dé)堡原子系統（Rydberg atom systems）中(zhōng)是可(kě)能(néng)的。

10月13日，在《自然物(wù)理(lǐ)學(xué)》雜志(zhì)上發表的論文(wén)中(zhōng)，亞利桑那州立大學(xué)攝政教授來穎誠和他(tā)的前博士生應磊以及實驗家王浩華（後兩者是浙江大學(xué)的教授）首次展示了量子多(duō)體(tǐ)疤痕(QMBS)狀态：這是一種維持相互作(zuò)用(yòng)的量子比特之間相幹性的強大機制，為(wèi)量子信息科(kē)學(xué)和技(jì )術中(zhōng)的各種高處理(lǐ)速度和低功耗應用(yòng)的多(duō)方糾纏提供了可(kě)能(néng)。應磊說：“QMBS狀态具(jù)有(yǒu)多(duō)方糾纏的内在和通用(yòng)能(néng)力，這使得它們對量子傳感和計量學(xué)等應用(yòng)極具(jù)吸引力。”應磊解釋說。經典或二進制計算依賴于晶體(tǐ)管，它們在同一時間隻能(néng)代表1或0。在量子計算中(zhōng)，量子比特可(kě)以同時代表0和1，這可(kě)以指數級地加速某些計算過程。

來穎誠說：“在量子信息科(kē)學(xué)和技(jì )術中(zhōng)，通常需要将大量的基本信息處理(lǐ)單元——量子比特，組裝(zhuāng)在一起。”“對于像量子計算這樣的應用(yòng)，在量子比特之間保持高度的相幹性或量子糾纏至關重要。”“然而，量子比特之間不可(kě)避免的相互作(zuò)用(yòng)和環境噪聲可(kě)以在很(hěn)短的時間内破壞一緻性：大約10納秒(miǎo)内，這是因為(wèi)許多(duō)相互作(zuò)用(yòng)的量子比特構成了一個多(duō)體(tǐ)系統。”

通過量子态層析成像對QMBS狀态進行實驗設置和識别。

照片來源：亞利桑那州立大學(xué)、浙江大學(xué)

這項研究的關鍵是對延遲熱化以保持相幹性的深入了解，這也被認為(wèi)是量子計算的一個關鍵研究目标。

“從基礎物(wù)理(lǐ)學(xué)中(zhōng)，我們知道在一個由許多(duō)相互作(zuò)用(yòng)的粒子組成的系統中(zhōng)，例如，封閉體(tǐ)積中(zhōng)的分(fēn)子，将出現熱化過程。”來穎誠說：“許多(duō)量子比特之間的争奪将無一例外地導緻量子熱化——所謂的‘特征态熱化假說’所描述的過程，這将破壞量子比特之間的一緻性。”

來穎誠表示，這些發現将有(yǒu)助于推動量子計算的發展，并将在密碼學(xué)、安(ān)全通信和網絡安(ān)全以及其他(tā)技(jì )術中(zhōng)得到應用(yòng)。來自英國(guó)利茲利茲大學(xué)物(wù)理(lǐ)與天文(wén)學(xué)院的Jean-Yves Desaules和Zlatko Papić參與合作(zuò)。浙江大學(xué)前博士後、現任浙大杭州科(kē)創中(zhōng)心技(jì )術開發專家的李賀康制備了實驗所用(yòng)的超導量子芯片。除此以外，還有(yǒu)來自浙江大學(xué)的：張鵬飛、董航、陳佳辰、鄧金鳳、劉波波、任文(wén)輝、姚雲燕、張旭、徐世波、王珂、金飛桐、朱旭浩和宋超。

其他(tā)參與貢獻的人員：來自中(zhōng)國(guó)科(kē)學(xué)院自動化研究所的趙良田和郝傑，以及來自美國(guó)波士頓QuEra計算公(gōng)司的劉芳麗。

* 新(xīn)聞轉發自ASU在線(xiàn)微信公(gōng)衆号，更多(duō)有(yǒu)關美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)（ASU）的在線(xiàn)學(xué)位項目，請掃描下方二維碼關注公(gōng)衆号獲取詳細信息。原新(xīn)聞鏈接地址：https://news.asu.edu/20221021-discoveries-asu-zhejiang-university-reach-qubit-computing-breakthrough