没有花前月下，只有量子学霸！“量子侠侣”把量子比特相干时间提高至毫秒级

◎ 科技日报记者 吴长锋

没有花前月下，只有量子学霸，科研界CP发糖，仍是如此齁甜！近日，国际学术媒体《物理世界》编辑Margaret Harris发出推文，“爆料”了一对来自中国的“量子侠侣”——代映秋和石致富博士。

原来，这对夫妇最近分别以第一、第三作者的身份发布了一项重要的科研成果——基于国仪量子X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100的观测结果，将量子比特的相干时间提高至1.4毫秒，量子比特的品质因数提升了40倍。Margaret Harris在推文里调侃，希望这对couple（夫妇）“相干超过一毫秒”。

自主高端科学仪器发力

不久前，《物理世界》报道了中国科学院微观磁共振重点实验室在分子量子比特研究方向上的最新科研成果。并且，这一重大突破发表在，权威学术杂志《中国物理通讯》上，引起在海内外学术圈引发广泛关注。

值得一提的是，中国科技大学博士研究生代映秋作为论文第一作者，实验过程中所用到的X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100正是她未婚夫石致富博士主要参与设计的。原来学术界秀恩爱的门槛有这么高！

代映秋、石致富博士

“在研究过程中，自主研制的X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪起到至关重要的作用。传统的商用科学仪器，受到放大器的相位稳定性、最大脉冲个数等参数的影响，不能满足实验方案的需求。于是科研团队在实验室已有的EPR谱仪技术基础上进行改进，自主研制完成任意序列发生器、微波脉冲放大器等部件，完成全新的、符合实验要求的X波段脉冲电子顺磁共振谱仪。最终仪器可以生成10000个以上、精度为50ps的高精度脉冲序列，产生高相位稳定性、高强度的微波脉冲作用到量子比特上，最终完成了这项工作。”石致富博士说，EPR100是中国首款商用电子顺磁共振谱仪，仪器研发技术是源自于中国科学技术大学微观磁共振重点实验室。

“去年向她求婚的时候，代映秋说要等到她博士毕业，这篇论文发表之后，她距离拨穗时刻更加拉近了”，石致富面带着幸福感。

量子科技将获广泛应用

近年来，量子计算已经成为一种革命性技术，利用量子的叠加和纠缠特性，量子计算机在一些特定的科学问题上，只需要短短几秒就可以完成经典计算机几年都无法完成的计算任务，并且量子比特的相干时间越长，量子计算的性能就越强。

然而，量子体系处于环境中，不可避免地与振动、温度波动、电磁波等环境产生相互作用，导致量子体系的相干信息向环境中流失（通常称为“退相干”），破坏长时间的量子计算过程，极大地限制了复杂量子任务的实现，困扰无数研究量子技术的科学家。因此，减小量子比特与环境之间的相互作用所引起的退相干至关重要。

“磁性分子的电子自旋是一种新兴的量子计算体系，与其他体系相比，它的量子比特可以通过化学合成的方法较为轻易地调控、修饰分子结构，且可以大量合成，规则排布以创建量子线路也相对容易。”石致富说， 目前为止，此类分子量子比特的相干时间也没超过1毫秒。

X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100

为了延长相干时间，来自中国科学技术大学的研究团队将过渡金属配位化合物的电子自旋作为量子比特，在X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100上，应用微波脉冲对分子量子比特的量子态进行“翻转”，在特定的时间内平均掉特定的耦合产生的效果。他们的研究使得该量子比特的相干时间从6.8 µs延长到1.4 ms，这个时间理论上可以支持14.5万次基本逻辑运算。而被称作量子比特的“品质因数（即相干时间与操控时间之比）”，比之前报告的数值提升了40倍。

“这项研究成果很有意义，不仅可以极大地提高量子计算的能力，在磁性生物医学成像和量子传感领域也可以得到广泛应用。”代映秋说，她也期待更多研究成果未来可以走进寻常百姓家，让人们的生活更加美好而便捷。

当然，我们更希望代映秋、石致富博士这对“量子侠侣”能够“纠缠不放手，相干到白头”，带着共同的奋斗目标成就量子科技一段佳话。

来源：科技日报 图片除注明外均来自中国科大国仪量子

编辑：王宇

审核：王小龙

终审：何屹