量子态保持时间超过5秒刷新纪录 有助制造分布式量子互联网

“在这样的时间尺度上保存量子信息并不常见。”项目首席研究员、阿贡国家实验室高级科学家大卫·奥沙洛姆说，“5秒钟的时间足以向月球发送光信号并实现返回。即使在绕地球近40圈之后，这种光仍能正确反映量子位的状态，这就为制造分布式量子互联网铺平了道路。”

对于半导体量子位，典型的读出方法是用激光寻址量子位并测量其反射回来的光，但这个过程需要非常有效地检测光子。研究人员此次使用精心设计的激光脉冲，根据其初始量子态（0或1）将单个电子添加到其量子位中。

研究人员称，反射的光反映了电子存在与否，且信号几乎增加了10000倍。“通过将脆弱的量子态转化为稳定的电子电荷，我们可以更轻松地进行状态测量。通过信号增强，我们每次检查量子位处于什么状态时，都可获得更为可靠的答案。这种类型的测量称为‘单次读出’，有了它，我们可以解锁相当多的实用型量子技术。”

借助单次读出方法，科学家们还可使量子态尽可能持久，而在以往，量子位很容易因为环境中的噪声而丢失信息。

研究人员为此培养了高度纯化的碳化硅样品，这些样品减少了会干扰其量子位功能的背景噪声。然后通过对量子位施加一系列微波脉冲，就延长了量子位保存信息的时间。

该论文共同第一作者、芝加哥大学的克里斯·安德森说：“这些脉冲通过快速翻转量子态，将量子位与噪声源和错误解耦。每个脉冲就像按下量子位上的撤销按钮，消除脉冲之间可能发生的任何错误。”

研究人员表示，通过创建一个可在普通电子设备中制造的量子位系统，未来有望使用可扩展且具有成本效益的技术，为量子领域的创新开辟一条新途径。