太好了！科学家成功实现：延长量子计算机中“量子比特”的寿命！

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东京医科大学、日本理化学研究所和东京大学的一个研究小组，展示了如何通过使用额外的“过滤”量子比特来延长量子计算机中的量子比特寿命。这项研究可能有助于制造可用于金融、密码和化学应用的高保真量子计算机。量子计算机将在从互联网安全到药物开发的各个领域产生巨大影响。与经典计算机的二进制0和1不同，量子计算机中的量子比特可以采用这两个值的任意叠加。


这使得量子计算机有可能比目前的经典计算机更快地解决某些问题，比如破解密码。然而，在量子比特叠加的寿命和处理速度之间有一个基本折衷。这是因为必须小心地屏蔽量子比特与环境的相互作用，否则脆弱的叠加将在一个称为退相干的过程中迅速恢复为1或0。为了延缓这种量子保真度的损失，量子计算机中的量子比特仅微弱地耦合到施加量子比特控制脉冲的控制线上。


不幸的是，这种弱耦合限制了计算可以运行的速度。现在，东京医科大学(TMDU)的研究小组，在理论上展示了如何将第二个“滤波器”量子比特耦合到控制线上，从而大大减少导致消相干的噪声和自发辐射损失，这使得连接更加牢固，从而缩短了周期。研究的第一作者小野和树(Kazuki Koshino)说：在我们的解决方案中，过滤量子比特就像一面非线性镜子。


（上图所示）约瑟夫森量子滤波器原理图(Jqf)，要保护的数据量子比特(DQ)和JQF直接耦合到半无限波导，通过该波导施加用于DQ的控制脉冲。图片：Tokyo Medical and Dental University
由于破坏性干涉，它完全反射量子比特的辐射，但由于吸收饱和，它会发射强烈的控制脉冲。这项研究有助于创造一个未来，在这个未来，量子计算机可以在每个商业和研究实验室找到。许多运筹学公司希望使用量子计算机来解决传统计算机无法解决的优化问题，而化学家则希望用它们来模拟分子内原子的运动。包括IBM和谷歌在内的公司每天都在改进量子计算机，随着它们变得更快、更稳定。


（上图所示）连续施加π脉冲下数据量子位激发概率的时间演化，红色实线(蓝色虚线)显示了使用(不使用)jqf的结果。图片：Tokyo Medical and Dental University
超导量子比特和控制线之间的耦合，不可避免地导致量子比特向控制线的辐射衰变。新研究提出了一种约瑟夫森量子滤波器(JQF)，它在不降低数据量子比特(DQ)上的选通速度情况下，保护数据量子比特(DQ)不受通过控制线辐射衰减的影响。约瑟夫森量子滤波器由一个强耦合到量子比特的控制线量子比特组成，其工作原理是波导量子电动力学设置的特征的亚辐射效应。约瑟夫森量子滤波器是无源电路元件，因此适用于集成在可扩展超导量子比特系统中。


博科园｜研究/来自：东京医科大学
参考期间《应用物理评论》
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