交叉信息院金奇奂研究组刷新单量子比特储存相干时间世界纪录

今年年中,交叉信息院量子信息中心金奇奂副教授研究组实现拥有超过10分钟相干时间的单量子比特储存,刷新了单量子比特相干时间的世界纪录,将此前纪录提高10倍。此工作的研究论文《相干时间超过10分钟的单量子比特储存》于9月25日发表在光子学研究最高学术期刊《自然·光子学》。

单量子比特是量子信息技术中的基本单元,只有拥有对其完整的操作能力,才能实现量子信息的储存、操作和读取。相干时间是量子信息技术中的一个术语,指量子信息储存的最大时间。金奇奂研究组此次实现了超过10分钟相干时间的单量子比特储存,虽然在离子系综系统和固体系综系统中曾观察到相近甚至更长的相干时间,但在单量子系统中,这是第一次。

单离子系统相干时间不长的主要原因是加热。在没有激光冷却的环境下,环境噪声可以加热离子,从而降低量子态探测的效率。此项研究在实验中利用协同冷却技术解决加热的问题,同时施加上千个动态解耦操作,以抵抗环境的磁场噪声和信号发生器的相位噪声,从而延长相干时间,单量子比特操作保真度达到99.99%。

单量子比特相干时间研究的推进明确展示了量子信息储存技术的可行性,这也成为量子计算机的重要组成部分,尤其是基于离子阱技术的量子计算机,而离子阱技术是目前已知最接近实现大型量子计算机的技术之一。离子阱量子计算机架构由量子储存区域和量子操作区域组成,并通过移动离子来实现两个区域的连接。金奇奂研究组的成果将成为量子储存区域最为关键的技术。

同时,该成果也成为量子网络关键技术之一。量子网络是传输量子信息的通讯网络,而离子光子纠缠是实现量子网络的重要途径。由于离子光子纠缠过程具有不确定性,为了保证足够小的误差,需要很长相干时间的离子以进行操作,此工作则为这一点提供了保证。

本研究的第一作者为量子信息中心博士生汪野,共同通讯作者为出站博士后廉茶铉和金奇奂副教授。

 

     

    供稿

    交叉信息研究院

     

    创意

    映像设计组

     

    文字

    梁乐萌

     

    图片

    梁晨

     

    编审

    卢小兵、程曦

    张歌明、张莉

     

    栏目统筹

    程曦

     

    编辑

    曲田