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国仪量子“量子侠侣”发布重要成果:量子比特品质因数提升40倍

2021-03-25 17:27 TOM   

近日,国际学术媒体《Physics World》编辑Margaret Harris发出推文,“爆料”了一对来自中国的“量子侠侣”——代映秋和石致富博士。

原来,这对夫妇最近分别以第一、第三作者的身份发布了一项重要的科研成果——基于国仪量子X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100的观测结果,将量子比特的相干时间提高至1.4毫秒,量子比特的品质因数提升了40倍。Margaret Harris在推文里调侃,希望这对couple(夫妇)“相干超过一毫秒”。

国仪量子“量子侠侣”发布重要成果:量子比特品质因数提升40倍

Margaret Harris的推文

自主高端科学仪器发力,“量子侠侣”海外圈粉

不久前,这一重大突破发表在权威学术杂志《Chinese Physics Letters》上,紧接着《Physics World》也报道了此项最新科研成果,引起海内外学术圈广泛关注。

值得一提的是,中国科技大学博士研究生代映秋作为论文第一作者,实验过程中所用到的X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100正是她未婚夫石致富博士主要参与设计的。EPR100是中国首款商用电子顺磁共振谱仪,仪器研发技术是源自于中国科学技术大学微观磁共振重点实验室。“去年向她求婚的时候,映秋说要等到她博士毕业,这篇论文发表之后,她距离拨穗时刻更加拉近了。”石致富博士的幸福溢于言表。

“在研究过程中,自主研制的X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪起到至关重要的作用。传统的商用科学仪器,受到放大器的相位稳定性、最大脉冲个数等参数的影响,不能满足实验方案的需求。于是科研团队在实验室已有的EPR谱仪技术基础上进行改进,自主研制完成任意序列发生器、微波脉冲放大器等部件,完成全新的、符合实验要求的X波段脉冲电子顺磁共振谱仪。最终仪器可以生成10000个以上、精度为50 ps的高精度脉冲序列,且结合微波桥、微波脉冲放大器,可以产生高相位稳定性、高强度的微波脉冲作用到量子比特上,最终完成该工作。”石致富博士表示。

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代映秋、石致富博士正在使用EPR100进行科学研究

延长相干时间,量子科技将获广泛应用

近年来,量子计算已经成为一种革命性技术,利用量子的叠加和纠缠特性,量子计算机在一些特定的科学问题上,只需要短短几秒就可以完成经典计算机几年都无法完成的计算任务,并且量子比特的相干时间越长,量子计算的性能就越强。

然而,量子体系处于环境中,不可避免地与振动、温度波动、电磁波等环境产生相互作用,导致量子体系的相干信息向环境中流失(通常称为“退相干”),破坏长时间的量子计算过程,极大地限制了复杂量子任务的实现,困扰无数研究量子技术的科学家。因此,减小量子比特与环境之间的相互作用所引起的退相干至关重要。

“磁性分子的电子自旋是一种新兴的量子计算体系,与其他体系相比,它的量子比特可以通过化学合成的方法较为轻易地调控、修饰分子结构,且可以大量合成,规则排布以创建量子线路也相对容易。”石致富说, 目前为止,此类分子量子比特的相干时间也没超过1毫秒。

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X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100

为了延长相干时间,来自中国科学技术大学的研究团队将过渡金属配位化合物(PPh4)2[Cu(mnt)2]的电子自旋作为量子比特,在X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100上,应用微波脉冲对分子量子比特的量子态进行“翻转”,在特定的时间内平均掉特定的耦合产生的效果。

他们的研究使得该量子比特的相干时间从6.8 µs延长到1.4 ms,这个时间理论上可以支持14.5万次基本逻辑运算。而被称作量子比特的“品质因数(即相干时间与操控时间之比)”,比之前报告的数字提升了40倍。与此同时,该工作采用微波脉冲序列操控的方法与传统的方法相比,不需要对分子进行特殊的修饰,保留了其他自旋作为量子比特资源被利用的可能性。

国仪量子“量子侠侣”发布重要成果:量子比特品质因数提升40倍

论文截图

“这项研究成果很有意义,不仅可以极大地提高量子计算的能力,在磁性生物医学成像和量子传感领域也可以得到广泛应用。”代映秋表示,她也期待更多研究成果未来可以走进寻常百姓家,让人们的生活更加美好而便捷。

当然,我们也希望代映秋、石致富博士这对“量子侠侣”能够“纠缠不放手,相干到白头”,带着共同的奋斗目标成就量子科技一段佳话。

 

责任编辑: WY-BD

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