室温量子比特数据存储再创纪录

据物理学家组织网7月3日报道，美国哈佛大学的一个科学家团队在室温下创建出量子比特，存储信息可近两秒钟，较早期的系统寿命增加了几乎6个数量级，再创新纪录。此项工作潜在的应用包括量子计算机最终的功能建设。该研究结果发表在最新一期《科学》杂志上。

如何在室温下的固态系统中创建出量子位或量子比特的关键基础，是长久以来量子计算的挑战之一。相比之下，目前大多数系统依靠复杂和昂贵的设备在真空中捕获单个原子或电子，然后整个系统要冷却到接近绝对零度。该团队由哈佛大学物理学教授米哈伊尔·卢金率领，包括研究生格奥尔格和彼得·毛雷尔和博士后研究员克里斯汀·拉塔。他们表示已经突破了这个问题，在操作中转向采用地球上最纯净的原料之一——钻石。

卢金说：“我们已然能够实现控制这种前所未有的量子比特。在室温下可以对其进行很高效率和保真度的测量。可以在其中编码数据，并可以在一个相对长的时间内存储。相信这项工作只限于是技术问题，所以看起来将其寿命提高到小时范围是可行的。在这一点上，它在现实中产生很多应用将成为可能。”

对于量子计算机的实际应用，在研究人员的设想中包括“量子现金”，即银行交易和信用卡支付系统依赖于对量子比特的编码来阻挠货币造假；量子网络，即使用量子比特传输数据的高度安全的系统通信方式。

这次突破性研究的基础，是几年前研究人员在氮空穴（NV）中心发现实验室生长钻石在原子尺度的杂质以单个原子相同的方式表现。像单个原子一样，每个中心拥有自旋，这类似一个条形磁铁，可以被极化。使用激光，研究人员不仅能够控制自旋，还能够在它随着时间变化时，探测其方向。

研究人员采用实验室培养的钻石中的杂质创造量子比特，使信息存储接近两秒钟。具体地说，晶体中的碳13原子包含一个原子核的自旋，尽管很弱，但NV中心受到这些自旋的相互作用导致其生命周期很短。解决的办法是首先削减NV中心和晶体中的碳13原子之间的连接。使用大量的激光，以能够有效地保持NV中心主导，防止其与碳原子相互作用。然后，用一组特定的无线电频率脉冲轰击金刚石晶体，抑制碳13原子和附近的原子之间相互作用。如此便可以扩展量子比特的寿命，并保持较长时间的数据储存。最终的结果是，研究人员能够把相干时间从毫秒推进到近两秒。