单量子比特储存时间刷新世界记录——拥有超过10分钟相干时间的单离子量子比特

正量子力学和经典力学最大的区别在于允许两个甚至多个不同的态同时存在,也就是量子叠加态。量子计算机的优越性来自于生成并使用这些相干的叠加态,使得我们能够通过指数增长的态空间进行大量的并行计算。然而,当量子系统不是完美孤立,而和环境有耦合时,相干性会随时间的增加而衰减,与此同时量子特性也会逐渐消失。这将导致科学家们能够使用和观测量子特性的时间窗口很短,局限了量子技术的应用价值。     

相干时间超过10 min的单离子量子比特

能够长时间储存量子信息的量子存储设备是实现大规模量子计算和量子通信的基本要素.与其他量子计算平台相比,囚禁离子系统的优势之一在于具有很长的相干时间.此前,基于囚禁离子的单量子比特相干时间不到1 min.研究发现,在囚禁离子系统中,限制量子比特相干时间的主要因素是运动能级加热和环境噪声,其中后者包含环境磁场涨落和微波相位噪声.在同时囚禁171Yb+离子和138Ba+离子的混合囚禁系统中,通过实施协同冷却和动力学解耦,可以实现相干时间超过10 min的单离子量子比特.这一技术有望用于实现量子密码学和搭建混合量子计算平台.