标题:探寻超导量子比特信息丢失之谜
量子计算有望带来前所未有的计算加速,其基本单元是量子比特。量子比特有两个能级,类似于两个能量状态。众多量子比特组成的电路,加上量子特有的叠加性和纠缠性,使得量子计算潜力巨大。然而,构建高质量的量子比特至关重要。
大多数量子比特利用微观粒子,如电子自旋或光子,但超导量子比特却与众不同。它基于宏观器件,利用大量粒子的集体行为形成量子态。超导量子比特的优势在于其固态特性,便于集成和固定位置,易于操控和测量。此外,它通过库珀对的集体行为,增强了与外界电磁场的相互作用,使量子比特间的耦合更加容易。
然而,超导量子比特的劣势同样明显。由于其较大的尺寸,它更容易受外部因素干扰,导致寿命较短。目前,超导量子比特的寿命仅为百微秒到毫秒量级,远低于基于微观粒子的量子比特。
提升超导量子比特寿命的关键在于理解其能量损耗机制。科学家已识别出电荷涨落、磁通涨落和准粒子隧穿等退相干机制。近期,芬兰阿尔托大学的研究团队使用精密热电子辐射计,研究约瑟夫森结中的振荡电流如何转化为热量。他们发现,不同偏置区域存在不同的能量耗散机制,并建立了电路模型以解释实验结果。这种方法为探索量子现象和提高超导量子比特相干性提供了新工具。
随着对超导量子比特材料和微观机理的理解不断深入,未来有望开发出寿命更长的量子比特。结合量子纠错技术的进步,通用量子计算时代正逐步临近。
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