美國芝加哥大學、阿貢國家實驗室和英國劍橋大學科學家合作發(fā)明了一種新方法，通過“拉伸”金剛石薄膜，創(chuàng)造出了可顯著降低設(shè)備運行成本且更易實現(xiàn)高保真控制的量子比特。相關(guān)論文發(fā)表于11月29日出版的《物理評論X》雜志。

       通過“拉伸”鉆石薄膜，科學家創(chuàng)造出更“物美價廉”的量子比特。

       圖片來源：《物理評論X》雜志

       量子比特具有獨特的性質(zhì)，但在其廣泛應(yīng)用之前，還要克服許多重大挑戰(zhàn)，其中之一在于沿著量子網(wǎng)絡(luò)傳遞信息的“節(jié)點”。組成這些節(jié)點的量子比特對熱量和振動非常敏感，因此科學家必須將它們冷卻到極低溫度才能工作。目前最有前途的“節(jié)點”由鉆石制成，這些量子比特能在相對較長的時間內(nèi)保持量子糾纏的能力，但要做到這一點，它們必須被冷卻到接近絕對零度。

       在最新研究中，科學家發(fā)現(xiàn)，如果在熱玻璃上沉積一層鉆石薄膜，就可在分子水平上拉伸鉆石。這是因為隨著玻璃冷卻，其收縮速度比鉆石慢，從而略微拉伸了鉆石的原子結(jié)構(gòu)。這種拉伸雖然只讓原子之間分開極小距離，但對材料的行為將產(chǎn)生巨大影響。

       首先，量子比特可在4K（-269.15℃）的溫度下保持相干性，盡管這溫度仍然很低，但不需要非常專業(yè)的設(shè)備來實現(xiàn)，基礎(chǔ)設(shè)施和運營成本降低了一個數(shù)量級。其次，這種變化也使利用微波控制量子比特成為可能，以前科學家輸入信息和操縱系統(tǒng)時會引入噪音，降低系統(tǒng)的保真度，但使用新系統(tǒng)及微波，保真度提高到99%。

       研究人員指出，通過延長相干時間和可行的微波量子控制相結(jié)合，新技術(shù)可顯著提高量子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行溫度，使其運行所需資源大大減少。