今年年中,，交叉信息院量子信息中心金奇奐副教授研究組實現(xiàn)擁有超過10分鐘相干時間的單量子比特儲存,，刷新了單量子比特相干時間的世界紀(jì)錄,，將此前紀(jì)錄提高10倍,。此工作的研究論文《相干時間超過10分鐘的單量子比特儲存》于9月25日發(fā)表在光子學(xué)研究最高學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》,。
單量子比特是量子信息技術(shù)中的基本單元,，只有擁有對其完整的操作能力,，才能實現(xiàn)量子信息的儲存,、操作和讀取。相干時間是量子信息技術(shù)中的一個術(shù)語,，指量子信息儲存的最大時間,。金奇奐研究組此次實現(xiàn)了超過10分鐘相干時間的單量子比特儲存,，雖然在離子系綜系統(tǒng)和固體系綜系統(tǒng)中曾觀察到相近甚至更長的相干時間，但在單量子系統(tǒng)中,，這是第一次,。
單離子系統(tǒng)相干時間不長的主要原因是加熱。在沒有激光冷卻的環(huán)境下,，環(huán)境噪聲可以加熱離子,，從而降低量子態(tài)探測的效率。此項研究在實驗中利用協(xié)同冷卻技術(shù)解決加熱的問題,，同時施加上千個動態(tài)解耦操作,，以抵抗環(huán)境的磁場噪聲和信號發(fā)生器的相位噪聲，從而延長相干時間,，單量子比特操作保真度達(dá)到99.99%,。
單量子比特相干時間研究的推進明確展示了量子信息儲存技術(shù)的可行性，這也成為量子計算機的重要組成部分,，尤其是基于離子阱技術(shù)的量子計算機,，而離子阱技術(shù)是目前已知最接近實現(xiàn)大型量子計算機的技術(shù)之一。離子阱量子計算機架構(gòu)由量子儲存區(qū)域和量子操作區(qū)域組成,，并通過移動離子來實現(xiàn)兩個區(qū)域的連接,。金奇奐研究組的成果將成為量子儲存區(qū)域最為關(guān)鍵的技術(shù)。
同時,，該成果也成為量子網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一,。量子網(wǎng)絡(luò)是傳輸量子信息的通訊網(wǎng)絡(luò)，而離子光子糾纏是實現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)的重要途徑,。由于離子光子糾纏過程具有不確定性,，為了保證足夠小的誤差，需要很長相干時間的離子以進行操作,，此工作則為這一點提供了保證,。
本研究的第一作者為量子信息中心博士生汪野，共同通訊作者為出站博士后廉茶鉉和金奇奐副教授,。
