物理学家实现量子比特计算的突破

　　一个。器件I的实验SC电路，具有方形几何形状的量子位和耦合器。浅灰色虚线矩形表示构成链的二聚体，这些二聚体具有内耦合 Ja、互偶 Je 和小的交叉耦合 Jx. b。集体二聚体态的动力学示意图（左上角）|Π〉和|Π′〉。比率 Δ/Γ作为 Ja/Je 不同比率的系统大小 L 的函数，Jx/2π 在 [0.3， 1.2] MHz 的范围内（左下角）。希尔伯特空间中的四维超立方体（右）。c. 量子态层析成像，用于30量子位链中的四量子位保真FA（t）和纠缠熵SA（t），用于热化初始状态，即|0101...0110〉 （i） 和 |01001...100110110〉 （ii） 和 QMBS 状态 Π′（绿色）。耦合度为 Ja/2π = 1.5Je/2π ≃ −9 MHz。插图显示了四量子位保真度的傅里叶变换，峰值为ω1/2π≈21 MHz。底部面板中的灰虚线表示子系统的最大热熵，接近 4ln（2）。d. 与c相同的数据，但针对不同的耦合，即来自器件II的Ja/2π = 2.5Je/2π ≃ −10 MHz，ω′1/2π≈22 MHz。来源： 亚利桑那州立大学， 浙江大学
　　来自亚利桑那州立大学和浙江大学的研究人员以及来自英国的两位理论家首次证明，在可编程的固态超导处理器中，大量的量子比特或量子比特可以被调谐为相互交互，同时保持前所未有的长时间的相干性。
　　以前，这只能在里德伯原子系统中实现。
　　在将于10月13日星期四发表在 《自然物理学》杂志 上的一篇论文中，亚利桑那州立大学校长赖英成教授、他的前亚利桑那州立大学博士生雷颖和实验学家王浩华，这两位教授都是中国浙江大学的教授，他们＂第一次看到＂量子多体疤痕（QMBS）状态的出现，作为维持相互作用的量子比特之间一致性的强大机制。这种奇异的量子态为量子信息科学技术中的各种应用提供了实现广泛的多部分纠缠的诱人可能性，以实现高处理速度和低功耗。
　　＂QMBS状态具有多部分纠缠的固有和通用能力，使其对量子传感和计量等应用极具吸引力，＂Ying解释说。
　　经典或二进制计算依赖于晶体管，晶体管一次只能表示＂1＂或＂0＂。在量子计算中，量子位可以同时表示0和1，这可以指数加速计算过程。
　　＂在量子信息科学和技术中，通常需要将大量基本的信息处理单元（量子比特）组装在一起，＂Lai解释说。＂对于量子计算等应用，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，量子比特和环境噪声之间不可避免的相互作用可以在很短的时间内破坏相干性 - 大约在十纳秒内。这是因为许多相互作用的量子位构成了一个多体系统，＂Lai说。
　　该研究的关键是关于延迟热化以保持相干性的见解，这被认为是量子计算的关键研究目标。
　　＂从基础物理学中，我们知道，在一个由许多相互作用的粒子组成的系统中，例如，封闭体积的分子，热化过程将会出现。许多量子比特之间的混乱将不可避免地导致量子热化 - 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相干性，＂Lai说。
　　根据Lai的说法，推动量子计算向前发展的发现将应用于密码学，安全通信和网络安全等技术。
　　更多信息： 雷颖，超导处理器上的多体希尔伯特空间疤痕， 自然物理学 （2022）。DOI： 10.1038/s41567-022-01784-9。www.nature.com/articles/s41567-022-01784-9
　　期刊信息： 自然物理