原標題：沒有花前月下，只有量子學霸！“量子俠侶”把量子比特相干時間提高至毫秒級

來源：科技日報

◎ 科技日報記者 吳長鋒

沒有花前月下，只有量子學霸，科研界CP發糖，仍是如此齁甜！近日，國際學術媒體《物理世界》編輯Margaret Harris發出推文，“爆料”了一對來自中國的“量子俠侶”——代映秋和石致富博士。

原來，這對夫婦最近分別以第一、第三作者的身份發布了一項重要的科研成果——基于國儀量子X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100的觀測結果，將量子比特的相干時間提高至1.4毫秒，量子比特的品質因數提升了40倍。Margaret Harris在推文里調侃，希望這對couple（夫婦）“相干超過一毫秒”。

自主高端科學儀器發力

不久前，《物理世界》報道了中國科學院微觀磁共振重點實驗室在分子量子比特研究方向上的最新科研成果。并且，這一重大突破發表在，權威學術雜志《中國物理通訊》上，引起在海內外學術圈引發廣泛關注。

值得一提的是，中國科技大學博士研究生代映秋作為論文第一作者，實驗過程中所用到的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計的。原來學術界秀恩愛的門檻有這么高！

代映秋、石致富博士

“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重要的作用。傳統的商用科學儀器，受到放大器的相位穩定性、最大脈沖個數等參數的影響，不能滿足實驗方案的需求。于是科研團隊在實驗室已有的EPR譜儀技術基礎上進行改進，自主研制完成任意序列發生器、微波脈沖放大器等部件，完成全新的、符合實驗要求的X波段脈沖電子順磁共振譜儀。最終儀器可以生成10000個以上、精度為50ps的高精度脈沖序列，產生高相位穩定性、高強度的微波脈沖作用到量子比特上，最終完成了這項工作。”石致富博士說，EPR100是中國首款商用電子順磁共振譜儀，儀器研發技術是源自于中國科學技術大學微觀磁共振重點實驗室。

“去年向她求婚的時候，代映秋說要等到她博士畢業，這篇論文發表之后，她距離撥穗時刻更加拉近了”，石致富面帶著幸福感。

量子科技將獲廣泛應用

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

然而，量子體系處于環境中，不可避免地與振動、溫度波動、電磁波等環境產生相互作用，導致量子體系的相干信息向環境中流失（通常稱為“退相干”），破壞長時間的量子計算過程，極大地限制了復雜量子任務的實現，困擾無數研究量子技術的科學家。因此，減小量子比特與環境之間的相互作用所引起的退相干至關重要。

“磁性分子的電子自旋是一種新興的量子計算體系，與其他體系相比，它的量子比特可以通過化學合成的方法較為輕易地調控、修飾分子結構，且可以大量合成，規則排布以創建量子線路也相對容易。”石致富說， 目前為止，此類分子量子比特的相干時間也沒超過1毫秒。

X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100

為了延長相干時間，來自中國科學技術大學的研究團隊將過渡金屬配位化合物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，應用微波脈沖對分子量子比特的量子態進行“翻轉”，在特定的時間內平均掉特定的耦合產生的效果。他們的研究使得該量子比特的相干時間從6.8 μs延長到1.4 ms，這個時間理論上可以支持14.5萬次基本邏輯運算。而被稱作量子比特的“品質因數（即相干時間與操控時間之比）”，比之前報告的數值提升了40倍。

“這項研究成果很有意義，不僅可以極大地提高量子計算的能力，在磁性生物醫學成像和量子傳感領域也可以得到廣泛應用。”代映秋說，她也期待更多研究成果未來可以走進尋常百姓家，讓人們的生活更加美好而便捷。

當然，我們更希望代映秋、石致富博士這對“量子俠侶”能夠“糾纏不放手，相干到白頭”，帶著共同的奮斗目標成就量子科技一段佳話。

來源：科技日報 圖片除注明外均來自中國科大國儀量子

[責任編輯：楊凡、崔中連]

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