综合腾讯网、科技导报、Mining.com网站等国内外媒体报道，《自然物理学》（Nature Physics）发表的一篇论文认为，大量嵌入到晶体结构中的部分稀土离子将配对形成高相干量子比特，从而打破了固态量子比特需要在超净材料中进行超稀释才能长时间持续的认知。

 这篇论文的作者称，长期以来，量子计算投入实际应用的主要障碍之一是如何长时间保留量子比特携带的量子信息才能有用。

 普遍认为，量子比特长寿命的关键是清洁。量子比特之所以丢失量子信息是因为它们在与周围环境相互作用时会经历一个所谓的“退相干”过程。

 因此，传统的观点是，让它们彼此隔离，不相互影响，才可能持续长一点。

 但在实践中，这种量子比特设计的“极简方法”存在一定问题。找到合适的超纯材料并非易事。此外，将量子比特稀释到极致会使任何由此产生的技术都具有挑战性。

 保罗-谢勒研究所（PSI，Paul Scherrer Institute）、苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和洛桑联邦理工学院（EPFL）完成的这项新研究表明在杂乱环境中也可实现量子比特长时间存在。

 此篇论文的主要作者加布里埃尔·艾普利（Gabriel Aeppli）在媒体声明中称，“从长远来看，如何将其植入芯片是所有类型量子比特都要探讨的问题。我们展示了一种新的途径，可以让量子比特挨得更近，而非越离越远”。

 掺杂稀土离子生成量子比特

 艾普利和同事通过在氟化钇锂晶体掺杂铽离子而生成固态量子比特。他们的研究表明，在充满稀土离子的晶体中，比特的相干性要长得多，这在如此密集的系统中是很难想象的。

 此篇论文的共同作者马库斯·穆勒（Markus Müller）称，“对于一定密度的量子比特，我们的研究表明，掺杂稀土离子并通过精选，而不是试图通过稀释将单个离子相互分离，是一种有效得多的策略。”

 与使用0或1来存储和处理信息的经典比特一样，量子比特也使用可以以两种状态存在的系统，尽管存在叠加的可能性。当用稀土离子创建量子比特时，通常会使用单个离子的属性（例如核自旋，它可以向上或向下）作为这种双态系统。

 配对提供保护

 该团队采用一种截然不同的方法获得了成功，他们的量子比特不是由单个离子形成的，而是由强相互作用的离子对形成的。离子对不是利用单个离子的核自旋，而是根据不同电子壳状态的叠加形成量子比特。

 在晶体结构中，只有少数铽离子才能形成离子对。

 论文第一作者阿德里安·贝克特（Adrian Beckert）称，“如果在晶体中大量掺杂铽离子，就有机会出现成对的离子——我们的量子比特。这些离子对比较稀少，因此量子比特本身相对稀少”。

 那么，为什么这些量子比特没有受到杂乱环境的干扰呢？事实证明，这些量子比特因其物理性质而脱颖而出。原来，它们具有独特工作能量，因此无法与单个铽离子交换能量——本质上，它们与这些离子绝缘。

 “如果在单个铽离子上进行激发，它很容易跃至另一个铽离子上，从而导致退相干”，穆勒称。“然而，如果激发是在一对铽离子上，其状态是纠缠的，由于处于不同的能量状态下，无法跳转至单个铽离子上。必须找到另一对铽，但找不到，因为下一对铽距离很远”。

 研究人员在用微波光谱探测掺铽钇氟化锂时偶然发现了量子位对现象。研究团队还利用光来操控和擦亮材料中的量子效应，并且有望在更高频率的光学激光下实现类似的量子比特。由于稀土具备光学跃迁特性，这位光的进入提供了更为便捷的途径，这很有意义。

 “最终，我们的目标是借助瑞士自由电子激光器（Free Electron Laser ）或瑞士光源（Swiss Light Source）的X射线来实现量子信息处理”，艾普利称。这种方法可用于读取整个量子比特集合。

 与此同时，铽作为一种有吸引力的掺杂剂，易于在电信微波范围内激发频率。

 （文章来源：https://geoglobal.mnr.gov.cn/zx/kydt/kykj/202401/t20240122_8735950.htm，全球地质矿产信息系统）