通过打破其环境的对称性，科学家们展示了一种延长量子比特保留信息的时间长度的新技术。

科学家们已经证明，通过改变周围晶体的结构使其不那么对称，他们可以延长分子量子比特的寿命。该量子位受到不对称性的保护，使其保存信息的时间比安置在对称结构中的时间长五倍。

科学家们已经证明，他们可以通过改变周围晶体的结构使其不那么对称来延长分子量子比特的寿命。这种不对称性可以保护量子比特不受噪音影响，使其保持信息的时间比放在对称结构中要长五倍。资料来源：麻省理工学院/丹-劳伦扎

研究小组获得了10微秒的相干时间(量子比特保持信息的时间)，即百万分之一秒，相比之下，分子量子比特在对称晶体主机中的相干时间为2微秒。

这些发现发表在《物理评论X》杂志上，由来自麻省理工学院、美国能源部(DOE)阿贡国家实验室、西北大学、芝加哥大学和格拉斯哥大学的一组科学家完成。由阿贡管理的美国能源部国家量子科学研究中心(Q-NEXT)帮助资助了这项研究。

量子比特是量子信息的基本单位，是传统计算比特的量子类似物。在噪声或干扰信号破坏信息之前，量子比特只能保持一段时间。延长信息保持稳定的时间长度，即所谓的相干时间，是量子信息科学的最大挑战之一。

量子比特有不同的类型，其中一个是实验室设计的分子。分子量子比特是模块化的，这意味着它们可以很容易地从一个环境中移动并放置在另一个环境中。相比之下，其他类型的量子比特，如那些由半导体制成的量子比特，是高度固定在其环境中的。

为什么这很重要

较长的相干时间使得量子比特在计算、长距离通信以及医学、导航和天文学等领域的传感等应用中更加有用。因为相干时间可以通过改变量子比特的外壳或将其置于相对于外壳更不对称的位置来延长，所以不需要改变量子比特本身来实现更长的寿命。只需改变它的情况。

麻省理工学院F.G. Keyes化学教授、论文合著者丹娜·弗里德曼说："分子化学使我们能够更换承载量子比特的晶体材料，并修改量子比特本身。加入这种新的控制水平是非常有用的。"

这项研究的共同作者，格拉斯哥大学的萨姆·贝里斯说："这种变化只是通过改变宿主分子上的单个原子来实现的，这是你能得到的最小的变化之一，它引起了相干时间的五倍增强，这是一个很好的证明，你可以通过分子获得这种原子级的可调性。化学技术本质上提供了单原子水平的控制，这是很多现代技术中的一个梦想。"这种对称性破坏技术的有效性意味着分子量子比特可以在各种各样的环境中运行，甚至是那些不能减少噪音的环境。

弗里德曼说："我们已经创造了一个新的手柄来修改分子系统中的相干性，"。"这种新发现的化学控制宿主环境的能力为分子量子比特的目标应用开辟了新的空间。"

"虽然与一些系统相比，10微秒可能听起来不是非常长，但我们没有做任何事情来减少噪声源。在我们测量的环境中，噪声是非常显著的。因此，即使那里有噪声，量子比特基本上看不到它，而我们为什么不直接删除噪声源呢?在实际情况下，并不总是能够在一个超纯的环境中工作。因此，拥有一个能在嘈杂环境中内在运行的量子比特可能是有利的。"

细节

该团队的长寿命量子比特是由附着在碳基分子上的铬基离子构成的。

对于一个分子量子轨道来说，噪音的主要来源是其周围的磁场。磁场往往会扰乱量子比特的能级，而这些能级是对信息的编码。晶体的不对称性使量子比特免受潜在的破坏性磁场的影响，信息被保存得更久。

除了改善量子比特的特性外，该团队还开发了一种数学工具，可以根据宿主晶体的结构准确预测任何分子量子比特的相干时间。

"这对我们来说是令人难以置信的，非常令人兴奋的事情之一是这些系统可以在很短的时间内取得多大的进步，以及对宿主矩阵的一些修改可以获得相当大的改进。"贝里斯说。

"这是一个重要的发展。能够精确调整一个量子比特的环境是分子量子比特的一个独特优势。"Q-NEXT主任和论文共同作者David Awschalom说，他也是阿贡高级科学家、研究和基础设施副院长、芝加哥大学普利兹克分子工程学院分子工程和物理学Liew家族教授，以及芝加哥量子交易所主任。"知道我们可以通过工程设计其环境来延长量子比特的寿命，为跨量子计算、传感和通信的应用开辟了新的可能性。"

关键词： 科学家们 Qubit 寿命