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新安晚報(bào) 安徽網(wǎng) 大皖新聞?dòng)?近日，國(guó)際學(xué)術(shù)媒體《Physics World》產(chǎn)業(yè)版編輯Margaret Harris發(fā)文，“爆料”了一對(duì)來自中國(guó)合肥的“量子俠侶”——代映秋和石致富博士。原來，這對(duì)情侶最近分別以第一、第三作者的身份，發(fā)布了“基于國(guó)儀量子X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100的觀測(cè)結(jié)果”，將量子比特的相干時(shí)間提高至1.4毫秒，量子比特的品質(zhì)因數(shù)提升了40倍。這一成果將促進(jìn)量子科技得到更廣泛的應(yīng)用。

代映秋、石致富博士正在使用EPR100進(jìn)行科學(xué)研究

自主高端科學(xué)儀器發(fā)力 “量子俠侶”海外圈粉

近日，《Physics World》編輯Isabelle Dumé以《Molecular qubits stick around for longer》為題，報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在分子量子比特研究方向上的最新科研成果。這一重大突破以《Experimental Protection of the Spin Coherence of a Molecular Qubit Exceeding a Millisecond》為題，在權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《Chinese Physics Letters》進(jìn)行了發(fā)表，在海內(nèi)外學(xué)術(shù)圈引發(fā)廣泛關(guān)注。

中國(guó)科技大學(xué)中科院微觀磁共振實(shí)驗(yàn)室博士研究生代映秋是論文第一作者，而實(shí)驗(yàn)過程中所用到的X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100，正是她未婚夫石致富博士主要參與設(shè)計(jì)的。據(jù)了解，石致富同樣畢業(yè)于中國(guó)科大，目前擔(dān)任國(guó)儀量子磁共振業(yè)務(wù)線副總監(jiān)。

“在研究過程中，自主研制的X波段脈沖式電子順磁共振譜儀起到至關(guān)重要的作用。”石致富說，傳統(tǒng)的商用科學(xué)儀器，受到放大器的相位穩(wěn)定性、最大脈沖個(gè)數(shù)等參數(shù)的影響，不能滿足實(shí)驗(yàn)方案的需求。于是，科研團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室已有的EPR譜儀技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，自主研制完成任意序列發(fā)生器、微波脈沖放大器等部件，完成全新的、符合實(shí)驗(yàn)要求的X波段脈沖電子順磁共振譜儀。“最終儀器可以生成10000個(gè)以上、精度為50ps的高精度脈沖序列，產(chǎn)生高相位穩(wěn)定性、高強(qiáng)度的微波脈沖作用到量子比特上，圓滿完成該工作。”

石致富還透露，去年向代映秋求婚的時(shí)候，代映秋說要等到博士畢業(yè)，“現(xiàn)在這篇論文發(fā)表之后，她距離撥穗時(shí)刻就更近了。”

延長(zhǎng)相干時(shí)間 量子科技將獲更廣泛應(yīng)用

近年來，量子計(jì)算已經(jīng)成為一種革命性技術(shù)，利用量子的疊加和糾纏特性，量子計(jì)算機(jī)在一些特定的科學(xué)問題上，只需要短短幾秒就可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)幾年都無法完成的計(jì)算任，并且量子比特的相干時(shí)間越長(zhǎng)，量子計(jì)算的性能就越強(qiáng)。

X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100

然而，量子體系處于環(huán)境中，不可避免地與振動(dòng)、溫度波動(dòng)、電磁波等環(huán)境產(chǎn)生相互作用，導(dǎo)致量子體系的相干信息向環(huán)境中流失（通常稱為“退相干”），破壞長(zhǎng)時(shí)間的量子計(jì)算過程，極大地限制了復(fù)雜量子任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，困擾無數(shù)研究量子技術(shù)的科學(xué)家。因此，減小量子比特與環(huán)境之間的相互作用所引起的退相干至關(guān)重要。

據(jù)了解，目前用作量子比特的常見候選體系有光學(xué)系統(tǒng)、超導(dǎo)、離子陷、固體材料缺陷和量子點(diǎn)等。磁性分子的電子自旋是一種新興的量子計(jì)算體系，與其他體系相比，該量子比特可以通過化學(xué)合成的方法較為輕易地調(diào)控、修飾分子結(jié)構(gòu)，且可以大量合成，規(guī)則排布以創(chuàng)建量子線路也相對(duì)容易。

然而，和其他的量子比特一樣，該量子比特的疊加態(tài)也很脆弱。雖然科學(xué)家們已經(jīng)采用抗磁化合物稀釋、合成時(shí)增強(qiáng)分子的剛性、各向同性純化等方法來減小環(huán)境噪聲對(duì)磁性分子量子比特相干的影響，但是目前為止，此類分子量子比特的相干時(shí)間也未超過1ms。

為了延長(zhǎng)相干時(shí)間，來自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)將過渡金屬配位化合物(PPh4)2[Cu(mnt)2]的電子自旋作為量子比特，在X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100上，應(yīng)用微波脈沖對(duì)分子量子比特的量子態(tài)進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)”，在特定的時(shí)間內(nèi)平均掉特定的耦合產(chǎn)生的效果。他們的研究使得該量子比特的相干時(shí)間從6.8 μs延長(zhǎng)到1.4 ms，這個(gè)時(shí)間理論上可以支持14.5萬次基本邏輯運(yùn)算。而被稱作量子比特的“品質(zhì)因數(shù)（即相干時(shí)間與操控時(shí)間之比）”，比之前報(bào)告的數(shù)值提升了40倍。

據(jù)介紹，該工作采用微波脈沖序列操控的方法與傳統(tǒng)的方法相比，不需要對(duì)分子進(jìn)行特殊的修飾，保留了其他自旋作為量子比特資源被利用的可能性。因此，這項(xiàng)研究成果不僅可以極大地提高量子計(jì)算的能力，在磁性生物醫(yī)學(xué)成像和量子傳感領(lǐng)域也可以得到廣泛應(yīng)用。

新安晚報(bào) 安徽網(wǎng) 大皖新聞?dòng)浾?項(xiàng)磊

編輯：陶娜

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