量子計算新突破：清華大學研究團隊將量子比特相干時間提升至一小時以上

1 月 29 日消息，當前，以量子信息科學為代表的量子科技發(fā)展十分迅速，成為國內(nèi)外科技企業(yè)、研究所角逐的中心。

近日，清華大學叉信息研究院金奇奐研究組在量子計算領域取得重要進展，首次在離子阱系統(tǒng)中實現(xiàn)了超過一個小時的單量子比特相干時間，刷新了此前 660 秒的紀錄。

提升量子系統(tǒng)的相干時間一直是量子科技領域的一項挑戰(zhàn)。而作為最有潛力實現(xiàn)通用量子計算機的平臺之一，離子阱系統(tǒng)優(yōu)勢之一就是較長的相干時間。其中，相干時間直接限制了量子計算機可以連續(xù)進行量子操作的最大次數(shù)，同時也是實現(xiàn)高保真度量子操作的前提條件。除量子計算外，相干時間對量子通訊以及量子精密測量領域也都具有重大意義。

▲ 實驗系統(tǒng)示意圖

據(jù)了解，清華大學交叉信息院量子信息中心金奇奐研究組于 2017 年實現(xiàn)了擁有超過 10 分鐘相干時間的單量子比特儲存（量子信息技術中的基本單元），這是目前為止單量子比特相干時間的世界紀錄，將之前的世界紀錄提高了 10 倍。

基于這一研究成果，本次實驗明確了其主要限制因素：微波信號相位噪聲，殘余磁場漲落以及微波信號泄漏。

同時，實驗過程中，研究組將實驗系統(tǒng)放置于雙層磁屏蔽系統(tǒng)中減少環(huán)境磁場噪聲與量子系統(tǒng)的耦合，通過增加激光以及微波信號隔離度減少信號泄露對系統(tǒng)的干擾，通過優(yōu)化本地微波振蕩器的參考降低微波信號相位噪聲。

此外，為進一步抑制噪聲，研究組采用動力學解耦技術，并根據(jù)噪聲環(huán)境優(yōu)化脈沖參數(shù)進一步降低各類噪聲源影響。最終量子比特相干時間提升到了 5500 秒，相較于之前有一個數(shù)量級的提升。

▲ 相干時間測量結果

該成果的研究論文（Single ion qubit with estimated coherence time exceeding one hour）于近日刊發(fā)于國際學術期刊《自然 · 通訊》。其進一步詳細分析并量化了限制離子量子比特相干時間的其它因素，為進一步提升相干時間奠定了基礎。