據(jù)最新一期《科學(xué)進(jìn)展》報道,，美國能源部（DOE）阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和芝加哥大學(xué)的科學(xué)家取得了量子科學(xué)研究的重大突破：他們能夠按需讀出量子位，并將量子態(tài)保持完整超過5秒,，從而創(chuàng)下新紀(jì)錄,。此次的量子位由易于獲得的碳化硅材料制成,，碳化硅目前廣泛用于燈泡、電動汽車和高壓電子設(shè)備中,。

“在這樣的時間尺度上保存量子信息并不常見,。”項(xiàng)目首席研究員、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室高級科學(xué)家大衛(wèi)·奧沙洛姆說,，“5秒鐘的時間足以向月球發(fā)送光信號并實(shí)現(xiàn)返回,。即使在繞地球近40圈之后，這種光仍能正確反映量子位的狀態(tài),，這就為制造分布式量子互聯(lián)網(wǎng)鋪平了道路,。”

對于半導(dǎo)體量子位，典型的讀出方法是用激光尋址量子位并測量其反射回來的光,，但這個過程需要非常有效地檢測光子,。研究人員此次使用精心設(shè)計的激光脈沖，根據(jù)其初始量子態(tài)（0或1）將單個電子添加到其量子位中,。

研究人員稱，反射的光反映了電子存在與否,，且信號幾乎增加了10000倍,。“通過將脆弱的量子態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電子電荷，我們可以更輕松地進(jìn)行狀態(tài)測量,。通過信號增強(qiáng),，我們每次檢查量子位處于什么狀態(tài)時，都可獲得更為可靠的答案,。這種類型的測量稱為‘單次讀出’,，有了它，我們可以解鎖相當(dāng)多的實(shí)用型量子技術(shù),。”

借助單次讀出方法,，科學(xué)家們還可使量子態(tài)盡可能持久，而在以往,，量子位很容易因?yàn)榄h(huán)境中的噪聲而丟失信息,。

研究人員為此培養(yǎng)了高度純化的碳化硅樣品，這些樣品減少了會干擾其量子位功能的背景噪聲,。然后通過對量子位施加一系列微波脈沖,，就延長了量子位保存信息的時間。

該論文共同第一作者,、芝加哥大學(xué)的克里斯·安德森說：“這些脈沖通過快速翻轉(zhuǎn)量子態(tài),，將量子位與噪聲源和錯誤解耦。每個脈沖就像按下量子位上的撤銷按鈕,，消除脈沖之間可能發(fā)生的任何錯誤,。”

研究人員表示,，通過創(chuàng)建一個可在普通電子設(shè)備中制造的量子位系統(tǒng)，未來有望使用可擴(kuò)展且具有成本效益的技術(shù),，為量子領(lǐng)域的創(chuàng)新開辟一條新途徑,。

總編輯圈點(diǎn)

在量子領(lǐng)域，延長相干時間會產(chǎn)生重大影響,，譬如,，未來量子計算機(jī)可借此處理更復(fù)雜操作，量子傳感器也可檢測到更小的信號,。如今全新的時間紀(jì)錄,，意味著科學(xué)家可在量子態(tài)被擾亂之前執(zhí)行超過1億次量子操作。而執(zhí)行單次讀出的能力更是打開了一扇新窗：未來,，我們可利用碳化硅量子位發(fā)出的光來幫助開發(fā)量子互聯(lián)網(wǎng),，像量子糾纏之類的“基本操作”，都可用基于碳化硅的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),。