固态氖量子比特的发展或将永远改变量子计算

最近的研究推动了电子在固态氖量子位上的发展，揭示了通过延长量子位相干时间和优化其设计来改进量子计算的关键见解。

量子计算机有潜力成为革命性的工具，因为它们能够执行传统计算机需要多年才能解决的计算。

但要制造一台有效的量子计算机，你需要一个可靠的量子比特，或量子位，它可以同时以0或1的状态存在足够长的时间，即它的相干时间。

一种很有前景的方法是在固体氖表面捕获单个电子，称为电子对固体氖量子比特。FAMU-FSU工程学院教授郭伟（音译）领导的一项研究发表在《物理评论快报》上，该研究展示了对量子态的新见解，该量子态描述了这种量子比特上电子的状态，这些信息可以帮助工程师构建这种创新技术。

量子态动力学与量子比特设计

郭的团队发现，量子比特中固体氖表面的小凸起可以自然地结合电子，从而产生这些电子的环状量子态。量子态是指电子在被测量之前的各种性质，如位置、动量和其他特征。当凸起达到一定大小时，电子的跃迁能量——电子从一个量子环状态移动到另一个量子环状态所需的能量——与另一种基本粒子微波光子的能量一致。

这种排列允许对电子进行控制操作，这是量子计算所需要的。

郭教授说：“这项工作极大地推进了我们对一个有前途的量子计算平台上的电子捕获机制的理解。它不仅澄清了令人困惑的实验观察结果，还为固体氖量子位上电子的设计、优化和控制提供了至关重要的见解。”

郭教授和合作者先前的工作证明了，利用固体氖上捕获的电子建立固态单电子量子位平台的可行性。最近的研究表明，相干时间可达0.1毫秒，比传统半导体和超导电荷量子比特的1微秒相干时间长100倍。

相干时间决定了量子系统能保持叠加状态的时间——系统在被测量之前同时处于多个状态的能力，这是赋予量子计算机独特能力的一个特征。

优化量子比特性能

固体氖量子位上电子相干时间的延长，可归因于固体氖的惰性和纯度。该量子位系统还解决了液体表面振动的问题，这是更广泛研究的液氦电子量子位所固有的问题。目前的研究为进一步优化固体氖电子量子位数提供了至关重要的见解。

优化的一个关键部分是创建量子位，该量子位平滑地穿过大部分固体氖表面，但在需要的地方有合适大小的凸起。设计师们希望表面上能吸引破坏性背景电荷的自然发生的凸起最小。同时，有意在量子位上的微波谐振器内制造正确尺寸的凸起，可以提高捕获电子的能力。

“这项研究强调了进一步研究不同条件如何影响氖量子比特制造的迫切需要，固态氖量子比特的发展或将永远改变量子计算”郭教授说。“氖注入温度和压力会影响最终的量子位产物。我们对这个过程的控制越多，我们就能建立得越精确，我们就离量子计算越近，量子计算可以解决目前无法管理的计算。”

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