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，國際學(xué)術(shù)媒體《Physics World》產(chǎn)業(yè)版編輯Margaret Harris發(fā)出推文，“爆料”了一對來(lái)自中國的“量子俠侶”——代映秋和石致富博士。原來(lái)，這對CP最近分別以第一、第三作者的身份發(fā)布了一項重要的科研成果——基于國儀量子X(jué)波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100的觀(guān)測結果，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)因數提升了40倍。

Margaret Harris在推文里調侃，希望這對couple“相干超過(guò)一毫秒”

自主高端科學(xué)儀器發(fā)力，“量子俠侶”海外圈粉

近日，《Physics World》編輯Isabelle Dumé以《Molecular qubits stick around for longer》為題，報道了中國科學(xué)院微觀(guān)磁共振重點(diǎn)實(shí)驗室在分子量子比特研究方向上的最新科研成果。這一重大突破以《Experimental Protection of the Spin Coherence of a Molecular Qubit Exceeding a Millisecond》為題，在權威學(xué)術(shù)雜志《Chinese Physics Letters》進(jìn)行了發(fā)表，在海內外學(xué)術(shù)圈引發(fā)廣泛關(guān)注。

值得一提的是，中國科技大學(xué)博士研究生代映秋作為論文第一作者，實(shí)驗過(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計的。原來(lái)學(xué)術(shù)界秀恩愛(ài)的門(mén)檻都這么高嗎？這也太甜了吧！

代映秋、石致富博士正在使用EPR100進(jìn)行科學(xué)研究

“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。傳統的商用科學(xué)儀器，受到放大器的相位穩定性、最大脈沖個(gè)數等參數的影響，不能滿(mǎn)足實(shí)驗方案的需求。于是科研團隊在實(shí)驗室已有的EPR譜儀技術(shù)基礎上進(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)生高相位穩定性、高強度的微波脈沖作用到量子比特上，最終完成該工作。”石致富博士表示。

EPR100是中國首款商用電子順磁共振譜儀，儀器研發(fā)技術(shù)是源自于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微觀(guān)磁共振重點(diǎn)實(shí)驗室。石致富博士透露，去年他求婚的時(shí)候，代映秋說(shuō)要等到她博士畢業(yè)，現在這篇論文發(fā)表之后，她距離撥穗時(shí)刻大大拉近了。

延長(cháng)相干時(shí)間，量子科技將獲更廣泛應用 

 

近年來(lái)，量子計算已經(jīng)成為一種革命性技術(shù)，利用量子的疊加和糾纏特性，量子計算機在一些特定的科學(xué)問(wèn)題上，只需要短短幾秒就可以完成經(jīng)典計算機幾年都無(wú)法完成的計算任，并且量子比特的相干時(shí)間越長(cháng)，量子計算的性能就越強。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(cháng)時(shí)間的量子計算過(guò)程，極大地限制了復雜量子任務(wù)的實(shí)現，困擾無(wú)數研究量子技術(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。

據了解，目前用作量子比特的常見(jiàn)候選體系有光學(xué)系統、超導、離子陷、固體材料缺陷和量子點(diǎn)等。磁性分子的電子自旋是一種新興的量子計算體系，與其他體系相比，該量子比特可以通過(guò)化學(xué)合成的方法較為輕易地調控、修飾分子結構，且可以大量合成，規則排布以創(chuàng )建量子線(xiàn)路也相對容易。

然而，和其他的量子比特一樣，該量子比特的疊加態(tài)也很脆弱。雖然科學(xué)家們已經(jīng)采用抗磁化合物稀釋、合成時(shí)增強分子的剛性、各向同性純化等方法來(lái)減小環(huán)境噪聲對磁性分子量子比特相干的影響，但是目前為止，此類(lèi)分子量子比特的相干時(shí)間也未超過(guò)1ms。

X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100

為了延長(cháng)相干時(shí)間，來(lái)自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團隊將過(guò)渡金屬配位化合物(PPh4)2[Cu(mnt)2]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，應用微波脈沖對分子量子比特的量子態(tài)進(jìn)行“翻轉”，在特定的時(shí)間內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(cháng)到1.4 ms，這個(gè)時(shí)間理論上可以支持14.5萬(wàn)次基本邏輯運算。而被稱(chēng)作量子比特的“品質(zhì)因數（即相干時(shí)間與操控時(shí)間之比）”，比之前報告的數值提升了40倍。

論文截圖

據代映秋介紹，該工作采用微波脈沖序列操控的方法與傳統的方法相比，不需要對分子進(jìn)行特殊的修飾，保留了其他自旋作為量子比特資源被利用的可能性。

這項研究成果意義重大，不僅可以極大地提高量子計算的能力，在磁性生物醫學(xué)成像和量子傳感領(lǐng)域也可以得到廣泛應用。

期待這一研究成果未來(lái)可以走進(jìn)尋常百姓家，讓人們的生活更加美好而便捷。也希望代映秋、石致富博士這對“量子俠侶”能夠“糾纏不放手，相干到白頭”，帶著(zhù)共同的奮斗目標成就量子科技研究領(lǐng)域的一段佳話(huà)。