消除噪音　麻省理工學院延長量子相干性壽命

編譯／高晟鈞

多年來，研究人員嘗試了各種方法來誘導量子位元（量子電腦的基本單位，如同傳統電腦的Bit）更長時間地保持量子狀態。這將是創建量子感測器、記憶體等設備的關鍵一步。

使用「100 億個時脈」構成的感測器

原則上核自旋比NV中心的電子自旋具有更長的相干壽命，但對於任何人來說，在鑽石NV中心實驗中觀察長壽命的核自旋始終仍是一個挑戰。論文中描述的實驗和計算涉及鑽石中大約100億個原子級雜質的大型集合，稱為氮空位中心或 NV 中心，每個中心都以氮14的特定量子自旋狀態存在。

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如果你將每次旋轉視為一台時鐘，那麼這100億個時鐘都有所不同，並且無法單獨倍測量。他們一開始是同步的，但經過一段時間後，他們完全失去了相位（失相時間）。而我們的目標就是使用100一個時鐘，但實現與單一時鐘相同的移相時間。簡單來說，這能保留量子設備的相位相干性，使我們不容易太快地遺失量子資訊。

來自降噪耳機的靈感

在電子自旋存在的情況下，量子設備保持相干性的時間約為150微秒。

與降噪耳機使用特定聲音頻率過濾周圍噪音的方式大致相同，該團隊開發了一種稱為「不平衡迴聲」的方法來延長系統的相干時間。透過標記特殊的噪音來源（本例中為熱）如何影響四極子的相互作用，該團隊可以使用相同噪聲源來抵銷核電子的相互作用，並將量子設備的相干時間延長20倍。

潛在應用與未來

該系統還可用於檢查電動車中的電流，並且由於它可以測量應變場，因此可以在不損結構的前提下進行健康評估。另一方面，研究人員也可以使用量子感測器來繪製電磁場中的神經元活動，更好地理解某些生物化學機制。

論系統也可能代表量子記憶體的一次重大飛躍。雖然有一些現有的方法可以延長用於量子記憶體的量子位元的相干時間，但這些過程很複雜，並且容易導致系統編碼的資訊遺失。

透過消除反轉自旋的需要，新系統不僅延長了量子位元的相干時間，而且防止了資料遺失，這將是量子計算向前邁出的關鍵一步。 資料來源:SciTechDaily

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