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在構(gòu)建實用量子計算機的進程中，量子比特與環(huán)境相互作用導(dǎo)致的“退相干”是根本性挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)研究團隊提出一種基于“巨型超原子”的全新量子系統(tǒng)理論，就像為量子計算機打開了新的“工具箱”，有望為大規(guī)模、可擴展的量子計算開辟新路徑。相關(guān)研究發(fā)表在美國科學(xué)促進會優(yōu)?？凭W(wǎng)站上。

量子計算機被認為將給藥物研發(fā)、加密技術(shù)等領(lǐng)域帶來突破，但其發(fā)展長期受限于量子比特的脆弱性——即便微弱的環(huán)境噪聲，也足以破壞其量子態(tài)。為此，該領(lǐng)域研究人員一直致力于提升量子系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可控性。

研究團隊此次提出的“巨型超原子”模型，融合了“巨型原子”與“超原子”兩類人造量子結(jié)構(gòu)的特性。其中，巨型原子具有多個空間分離的耦合點，可同時與環(huán)境中的光波或聲波相互作用，其發(fā)射的波可返回并影響原子自身，形成類似“回聲”的量子效應(yīng)，從而抑制退相干并賦予系統(tǒng)記憶能力。超原子則是由多個天然原子共享量子態(tài)、整體表現(xiàn)為單一量子實體的結(jié)構(gòu)。

將二者結(jié)合形成的巨型超原子，能夠以集體形式運作，實現(xiàn)光與物質(zhì)之間的非局域相互作用。這一設(shè)計使得多個量子比特的信息可被存儲和控制于一個單元內(nèi)，減少對外部復(fù)雜電路的依賴。更重要的是，該系統(tǒng)有望克服以往巨型原子在實現(xiàn)量子糾纏方面的局限，為遠距離分發(fā)糾纏態(tài)、構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)及高靈敏度傳感器提供了新工具。

研究還揭示了巨型超原子與光相互作用的內(nèi)在機制，并展示了兩種具有實用潛力的耦合構(gòu)型：在緊密排列下，量子態(tài)可在多個巨型超原子間無損傳遞；而在遠距離精確連接條件下，光波或聲波可保持相位一致，從而實現(xiàn)量子信號定向發(fā)送與遠距離糾纏。

該工作目前仍處于理論階段，研究團隊計劃進一步推進其實驗制備。由于該概念可與其他量子系統(tǒng)結(jié)合，也為發(fā)展混合量子平臺提供了新思路。團隊指出，通過智能設(shè)計降低硬件復(fù)雜性，巨型超原子或?qū)⒊蔀檫~向?qū)嵱没孔蛹夹g(shù)的關(guān)鍵一步。

關(guān)鍵詞： 量子 量子計算 算力 技術(shù) 密鑰 系統(tǒng) 理