[導(dǎo)讀]美國南加州大學(xué)的研究人員日前通過強磁場成功抑制住了量子消相干現(xiàn)象，為量子計算機的發(fā)展掃除了一大障礙。

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國南加州大學(xué)的研究人員日前通過強磁場成功抑制住了量子消相干（即量子相干性消失）現(xiàn)象，為量子計算機的發(fā)展掃除了一大障礙。相關(guān)論文發(fā)表在《自然》雜志網(wǎng)站上。

傳統(tǒng)計算機在運算中所采用的是傳統(tǒng)比特，在特定的時間中傳統(tǒng)比特所代表的是1或0；而量子計算機所使用的量子比特卻能夠在同一時間內(nèi)呈現(xiàn)出多種狀態(tài)——既可以是1也可以是0，這種狀態(tài)被稱為量子疊加，是量子相干性的一種表現(xiàn)。量子計算機之所以能夠完成那些傳統(tǒng)計算機所無法企及的復(fù)雜計算，在很大程度上都是源于其利用這種獨特的量子效應(yīng)。但量子比特并不是一個孤立的系統(tǒng)，很容易與外部環(huán)境發(fā)生相互作用，引起量子位能量耗散或相對位相改變，并最終導(dǎo)致量子位由相干疊加態(tài)退化為混合態(tài)或單一態(tài)。這種現(xiàn)象就被稱為量子消相干或退相干。

雖然量子消相干只是一種噪聲或者干擾，但它足以將量子計算機的獨特功能破壞殆盡。因此，量子消相干也被看作是量子計算機的一大“Bug”（計算機漏洞）。為了克服消相干，科學(xué)家嘗試過量子糾錯碼和量子避錯碼等方法，雖然適用性好，但效率上并不理想。

量子比特系統(tǒng)中的量子消相干可分為兩大類。一種是由量子系統(tǒng)內(nèi)在固有的特征引起；一種由系統(tǒng)外部因素引起，例如，材料中的雜質(zhì)或缺陷。

新研究中，美國南加州大學(xué)副教授高橋進（音譯）和他的同事針對單分子磁體進行研究，以期找到抑制量子消相干現(xiàn)象的方法。之所以選擇單分子磁體，是因為其純度較高，能夠消除外在原因引起的消相干，使研究人員能夠?qū)?nèi)部原因引起的消相干進行精確的計算。同時，使用單分子磁體也能讓研究人員通過多個量子粒子創(chuàng)建量子比特，而不是單一量子對象。這也是目前使用最為普遍的一種量子計算機的構(gòu)建方式。與此同時，這種方式還能夠大幅增加量子比特的信號，從而使在單分子磁體中探測到這些信號更加容易。

實驗中，研究人員對不同環(huán)境（溫度、磁場、輻射等）中的量子消相干現(xiàn)象進行測試，發(fā)現(xiàn)環(huán)境因素對量子消相干影響巨大。而利用強磁場能降低環(huán)境噪音水平，有效地抑制住量子消相干現(xiàn)象。

英屬哥倫比亞大物理和天文學(xué)教授菲爾·斯坦普說，這是一項值得欣喜的成果，它首次在一個復(fù)雜系統(tǒng)中預(yù)測并控制住了量子消相干現(xiàn)象。