今年年中，交叉信息院量子信息中心金奇奐副教授研究組實(shí)現(xiàn)擁有超過(guò)10分鐘相干時(shí)間的單量子比特儲(chǔ)存，刷新了單量子比特相干時(shí)間的世界紀(jì)錄，將此前紀(jì)錄提高10倍。此工作的研究論文《相干時(shí)間超過(guò)10分鐘的單量子比特儲(chǔ)存》于9月25日發(fā)表在光子學(xué)研究最高學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》。
單量子比特是量子信息技術(shù)中的基本單元，只有擁有對(duì)其完整的操作能力，才能實(shí)現(xiàn)量子信息的儲(chǔ)存、操作和讀取。相干時(shí)間是量子信息技術(shù)中的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，指量子信息儲(chǔ)存的最大時(shí)間。金奇奐研究組此次實(shí)現(xiàn)了超過(guò)10分鐘相干時(shí)間的單量子比特儲(chǔ)存，雖然在離子系綜系統(tǒng)和固體系綜系統(tǒng)中曾觀(guān)察到相近甚至更長(zhǎng)的相干時(shí)間，但在單量子系統(tǒng)中，這是第一次。
單離子系統(tǒng)相干時(shí)間不長(zhǎng)的主要原因是加熱。在沒(méi)有激光冷卻的環(huán)境下，環(huán)境噪聲可以加熱離子，從而降低量子態(tài)探測(cè)的效率。此項(xiàng)研究在實(shí)驗(yàn)中利用協(xié)同冷卻技術(shù)解決加熱的問(wèn)題，同時(shí)施加上千個(gè)動(dòng)態(tài)解耦操作，以抵抗環(huán)境的磁場(chǎng)噪聲和信號(hào)發(fā)生器的相位噪聲，從而延長(zhǎng)相干時(shí)間，單量子比特操作保真度達(dá)到99.99%。
單量子比特相干時(shí)間研究的推進(jìn)明確展示了量子信息儲(chǔ)存技術(shù)的可行性，這也成為量子計(jì)算機(jī)的重要組成部分，尤其是基于離子阱技術(shù)的量子計(jì)算機(jī)，而離子阱技術(shù)是目前已知最接近實(shí)現(xiàn)大型量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)之一。離子阱量子計(jì)算機(jī)架構(gòu)由量子儲(chǔ)存區(qū)域和量子操作區(qū)域組成，并通過(guò)移動(dòng)離子來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)區(qū)域的連接。金奇奐研究組的成果將成為量子儲(chǔ)存區(qū)域最為關(guān)鍵的技術(shù)。
同時(shí)，該成果也成為量子網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一。量子網(wǎng)絡(luò)是傳輸量子信息的通訊網(wǎng)絡(luò)，而離子光子糾纏是實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)的重要途徑。由于離子光子糾纏過(guò)程具有不確定性，為了保證足夠小的誤差，需要很長(zhǎng)相干時(shí)間的離子以進(jìn)行操作，此工作則為這一點(diǎn)提供了保證。
本研究的第一作者為量子信息中心博士生汪野，共同通訊作者為出站博士后廉茶鉉和金奇奐副教授。
