两个具有长相干时间并强耦合的量子比特（图片来源：网络）

在书面语、口语以及信息处理领域，连贯性均是实现有效沟通的关键要素，这同样适用于量子比特。

美国能源部（DOE）下属的阿贡国家实验室所领导的团队在量子计算方面取得了重要突破。他们成功地将新型量子比特的相干时间延长至0.1毫秒——比之前的记录提高了近一千倍。该项研究已发表在《Nature Physics》杂志上。

“相较于传统电荷量子比特只能在相干时间内进行10到100次操作，我们所发现的量子比特能以高精度和高速度执行10000次操作。”美国圣母大学阿贡纳米材料中心的教授Dafei Jin对此说到。

在日常生活中，0.1毫秒的时间间隔就像眨眼一样转瞬即逝。但在量子世界，这一时间间隔则能为量子比特提供足够的时间窗口，使其执行数千次操作。

与经典比特不同，量子比特可以同时存在0和1两种状态。对于正在运行的量子比特而言，保持较长相干时间的混合状态是很有必要的。然而要想实现这一点，则需面临保护其免受周围环境不断干扰的噪声影响这一挑战。

该团队所发现的量子比特能以电荷状态对量子信息进行编码。因此，它们被命名为“电荷量子比特”。

“在现有的各种量子比特中，电荷量子比特因其制造和操作过程较为简单，且能与现有经典计算机基础设备兼容而具有较强吸引力，”该项目的首席研究员Jin说，“未来有望以较低成本建造和运行大规模此类量子计算机。”

Jin曾是纳米材料中心（CNM）的科学家，他在美国能源部（DOE）下属的阿贡科学用户设施中领导发现了这一新型量子比特。

该团队在真空中捕获了在超净固体氖表面的单个电子。氖是少数几个不与其他元素发生反应的元素之一，因此能够抵抗来自周围环境的干扰，氖平台则能在较长相干时间内保护电荷量子比特。

“由于固体氖上单个电子的足迹较小，由它们所构成的量子比特更加紧凑，并且有望扩展到多个相连的量子比特，”由芝加哥大学普利兹克分子工程学院联合任命的纳米材料中心（CNM）助理科学家 Xu Han说，“这些属性，再加上其能够保持较长的相干时间，使这一电荷量子比特的性能异常突出。”

经过不断的实验和优化，该团队不仅有效地提升了氖表面的质量，同时也较大程度减少了干扰信号。

“由于这一电荷量子比特拥有较长的相干时间，我们要对单个量子比特的状态进行高保真度的控制和读取。”阿贡国家实验室的博士后、该论文的共同第一作者Li Xinhao说。

该量子比特的另一项重要属性是可扩展性，即其具备与其他量子比特进行连接的能力。该团队成功地证实了双电荷量子比特可以连接到同一超导电路上，并可通过该电路传输信息。这一突破性研究为实现两个量子比特纠缠迈出了关键的一步。

该团队尚未完全优化他们的电荷量子比特，并将进一步延长相干时间，以及研究如何纠缠两个或更多的量子比特。

编译：琳梦

编辑：慕一

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