加拿大西蒙·弗雷澤大學(xué)邁克·斯沃爾特教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國際團(tuán)隊(duì)在最新一期《科學(xué)》期刊上報(bào)告說，他們在室溫下使脆弱的量子存儲態(tài)維持了創(chuàng)紀(jì)錄的39分鐘，從而將此前在硅基系統(tǒng)中編碼信息“量子比特”25秒最長持續(xù)時(shí)間提高了近100倍，克服了超高速量子計(jì)算機(jī)研究的一大障礙。

斯沃爾特稱，此項(xiàng)研究成果開啟了量子信息在室溫下實(shí)現(xiàn)真正長時(shí)存儲的可能性。在常規(guī)計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)“比特”只能存為1或0；而在量子計(jì)算機(jī)中，量子比特則可存為同時(shí)處于1和0的疊加態(tài)，因此能同時(shí)執(zhí)行多次計(jì)算。但量子比特的問題在于其不穩(wěn)定性，器件通常會(huì)在不到一秒的時(shí)間里“失憶”。

在《吉尼斯世界紀(jì)錄大全》中，目前還沒有量子比特持續(xù)時(shí)間的記錄。此前的非官方紀(jì)錄是，固態(tài)系統(tǒng)中最長時(shí)間為25秒，深冷溫度下的最長紀(jì)錄為3分鐘。

在該項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)中，研究人員將信息編碼入保持在純硅片中的磷原子核中，將其冷卻到接近絕對零度的-269℃，然后利用磁場脈沖傾斜原子核的自旋方向，創(chuàng)造出疊加態(tài)。當(dāng)研究人員將系統(tǒng)溫度提升到室溫25℃時(shí)，疊加態(tài)維持了39分鐘。更重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以隨著系統(tǒng)溫度的上升和回落到絕對零度對量子比特進(jìn)行操縱。在深冷條件下，該量子存儲系統(tǒng)可維持3個(gè)小時(shí)。

參與研究的英國牛津大學(xué)材料系教授斯蒂芬妮·西蒙斯表示，通常測量系統(tǒng)均會(huì)引入噪聲，但他們已確認(rèn)該系統(tǒng)基本沒有噪聲。不過，在進(jìn)行大規(guī)模量子計(jì)算前，仍有許多障礙需要克服。首先，這種內(nèi)存器件需要用高純硅制作，以避免磁同位素對原子核自旋的干擾；其次，該實(shí)驗(yàn)中磷離子100億次自旋都處于相同的量子態(tài)。而要運(yùn)行計(jì)算，物理學(xué)家還需將不同的量子比特置于不同的狀態(tài)，并控制其耦合和相互作用。

量子研究領(lǐng)域的專家認(rèn)為，在一個(gè)可測量系統(tǒng)中，能維持如此長時(shí)間的相干態(tài)是該研究的重大成就，而且從實(shí)驗(yàn)觀點(diǎn)看，對樣品進(jìn)行重復(fù)加熱和冷卻也沒有發(fā)生問題，也是相當(dāng)了不起的。更重要的是，該項(xiàng)研究表明，對硅材料的投資仍有巨大的工程潛力可挖。