新发现推翻了之前的观点，即固态量子位需要在超清洁材料中进行超稀释才能实现长寿命。《自然物理学》上的论文显示，相反，将大量稀土离子塞入晶体中，其中一些离子会形成对，充当高度相干的量子位。
简洁的线条和极简主义，还是复古破旧别致?事实证明，在设计量子计算机的构建块时，室内设计领域的相同趋势也很重要。
如何使量子位能够保留足够长的量子信息以发挥作用，是实用量子计算的主要障碍之一。人们普遍认为，量子位长寿命或“相干性”的关键是清洁度。当量子位开始与环境相互作用时，它们会通过称为退相干的过程丢失量子信息。因此，传统观点认为，让它们远离彼此并远离其他令人不安的影响，它们就有希望存活得更久一些。
在实践中，这种“简约”的量子位设计方法是有问题的。寻找合适的超纯材料并不容易。此外，将量子位稀释到极致使得任何由此产生的技术的扩展都具有挑战性。现在，Paul Scherrer 研究所 PSI、苏黎世联邦理工学院和洛桑联邦理工学院的研究人员得出的令人惊讶的结果表明，具有长寿命的量子位如何能够在杂乱的环境中存在。
“从长远来看，如何将其制作到芯片上是所有类型量子位普遍讨论的问题。领导这项研究的 PSI 光子科学部门负责人、苏黎世联邦理工学院和洛桑联邦理工学院教授 Gabriel Aeppli 表示：“我们不是越来越稀释，而是展示了一种新的途径，可以通过这种途径将量子位压缩得更紧密。”
从垃圾中挑选宝石
研究人员用稀土金属铽创建了固态量子位，并将其掺杂到氟化钇锂晶体中。他们表明，在充满稀土离子的晶体中，量子位宝石的相干性比在如此密集的系统中通常预期的相干性要长得多。
“对于给定的量子位密度，我们表明，加入稀土离子并从垃圾中挑选宝石是一种更有效的策略，而不是试图通过稀释将各个离子彼此分离，”马库斯解释道穆勒的理论解释对于理解迷惑性的观察结果至关重要。
与使用 0 或 1 来存储和处理信息的经典位一样，量子位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。当量子位由稀土离子创建时，通常会使用单个离子的属性(例如可以向上或向下的核自旋)作为这种两种状态系统。
配对提供保护
该团队之所以能够通过完全不同的方法取得如此成功，是因为它们的量子位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。这些对不是使用单个离子的核自旋，而是基于不同电子壳层状态的叠加形成量子位。
在晶体的基质内，只有少数铽离子形成对。“如果你将大量铽放入晶体中，就会偶然产生离子对——我们的量子位。这些相对罕见，因此量子位本身相当稀薄，”该研究的主要作者阿德里安·贝克特(Adrian Beckert)解释道。
那么，为什么这些量子位没有受到混乱环境的干扰呢?事实证明，这些宝石因其物理特性而不受垃圾影响。因为它们具有不同的运行特征能量，所以它们无法与单个铽离子交换能量——本质上，它们对它们是盲目的。
“如果你对单个铽进行激发，它很容易跳跃到另一个铽，导致退相干，”穆勒说。“然而，如果激发是在一对铽上，它的状态是纠缠的，所以它生活在不同的能量下，不能跳跃到单个铽。它必须找到另一对，但它不能，因为下一对距离很远。”
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