原標(biāo)題：沒(méi)有花前月下，只有量子學(xué)霸！“量子俠侶”把量子比特相干時(shí)間提高至毫秒級(jí)

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

◎ 科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒

沒(méi)有花前月下，只有量子學(xué)霸，科研界CP發(fā)糖，仍是如此齁甜！近日，國(guó)際學(xué)術(shù)媒體《物理世界》編輯Margaret Harris發(fā)出推文，“爆料”了一對(duì)來(lái)自中國(guó)的“量子俠侶”——代映秋和石致富博士。

原來(lái)，這對(duì)夫婦最近分別以第一、第三作者的身份發(fā)布了一項(xiàng)重要的科研成果——基于國(guó)儀量子X(jué)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。Margaret Harris在推文里調(diào)侃，希望這對(duì)couple（夫婦）“相干超過(guò)一毫秒”。

自主高端科學(xué)儀器發(fā)力

不久前，《物理世界》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。并且，這一重大突破發(fā)表在，權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《中國(guó)物理通訊》上，引起在海內(nèi)外學(xué)術(shù)圈引發(fā)廣泛關(guān)注。

值得一提的是，中國(guó)科技大學(xué)博士研究生代映秋作為論文第一作者，實(shí)驗(yàn)過(guò)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。原來(lái)學(xué)術(shù)界秀恩愛(ài)的門(mén)檻有這么高！

代映秋、石致富博士

“在研究過(guò)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。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，最終完成了這項(xiàng)工作。”石致富博士說(shuō)，EPR100是中國(guó)首款商用電子順磁共振譜儀，儀器研發(fā)技術(shù)是源自于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

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

量子科技將獲廣泛應(yīng)用

近年來(lái)，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(wèn)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(wú)法完成的計(jì)算任務(wù)，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)。

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(chēng)為“退相干”），破壞長(zhǎng)時(shí)間的量子計(jì)算過(guò)程，極大地限制了復(fù)雜量子任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，困擾無(wú)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。

“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，它的量子比特可以通過(guò)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。”石致富說(shuō)， 目前為止，此類(lèi)分子量子比特的相干時(shí)間也沒(méi)超過(guò)1毫秒。

X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100

為了延長(zhǎng)相干時(shí)間，來(lái)自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)將過(guò)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(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(wàn)次基本邏輯運(yùn)算。而被稱(chēng)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。

“這項(xiàng)研究成果很有意義，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。”代映秋說(shuō)，她也期待更多研究成果未來(lái)可以走進(jìn)尋常百姓家，讓人們的生活更加美好而便捷。

當(dāng)然，我們更希望代映秋、石致富博士這對(duì)“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(biāo)成就量子科技一段佳話。

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 圖片除注明外均來(lái)自中國(guó)科大國(guó)儀量子

[責(zé)任編輯：楊凡、崔中連]

想爆料？請(qǐng)登錄《陽(yáng)光連線》（ https://minsheng.iqilu.com/）、撥打新聞熱線0531-66661234或96678，或登錄齊魯網(wǎng)官方微博（@齊魯網(wǎng)）提供新聞線索。齊魯網(wǎng)廣告熱線0531-81695052，誠(chéng)邀合作伙伴。