量子计算和通信技术中心 由于自旋-轨道耦合中非常强的吸引力，带电电子的圆形轨道和自旋像齿轮一样锁定在一起
信用:小林隆 一组国际科学家已经大大延长了硅中自旋轨道量子比特保留量子信息的时间，开辟了一条新的途径，使硅量子计算机更具可扩展性和功能性
十多年来，人们一直在研究自旋轨道量子比特，作为增加量子计算机中量子比特数量的一种选择，因为它们易于操纵和远距离耦合
然而，它们总是表现出非常有限的相干时间，对于量子技术来说太短了
今天发表在《自然材料》杂志上的研究表明，当自旋轨道耦合足够强时，长相干时间是可能的
事实上，科学家们展示的相干时间比以前记录的自旋轨道量子比特长10000倍，使它们成为扩大硅量子计算机规模的理想候选
领导该研究小组的量子计算和通信技术中心首席研究员UNSW·斯文·罗格教授说:“我们通过展示异常长的相干时间(约10毫秒)颠覆了传统智慧，因此自旋轨道量子比特可以非常健壮。”
强耦合是关键 一个量子比特的稳定性决定了它可以保存量子信息的时间长度
在自旋轨道量子位中，信息存储在电子的自旋及其运动上——它如何在芯片的晶格中“轨道”原子
正是这两个自旋之间的耦合强度使量子位保持稳定，不容易被设备中的电噪声破坏
“大多数自旋轨道量子位中的量子信息极其脆弱
我们的自旋轨道量子比特是特殊的，因为储存在其中的量子信息非常健壮
小林隆史在UNSW进行了这项研究，现在在东北大学
“信息存储在电子的自旋方向和轨道上，而不仅仅是自旋
由于自旋-轨道耦合中非常强的吸引力，带电电子的圆形轨道和自旋像齿轮一样锁定在一起
“增加自旋轨道耦合的强度，可以让我们实现今天发表的更长的相干时间
" 设计更长的相干时间 为了增加相干时间，研究人员首先通过在硅晶体中引入称为受体掺杂原子的杂质来创建自旋轨道量子位
该团队随后修改了芯片硅晶格结构中的应变，以产生不同水平的自旋轨道耦合
“这种晶体很特别，因为它只含有硅的同位素，没有核自旋
这消除了磁噪声，并且因为它是应变的，所以对电噪声的灵敏度也降低了
”小林说
“我们的芯片被固定在一种材料上，这种材料在低温下会延伸出硅——就像一条橡皮筋
将晶格拉伸到正确的张力可以让我们将自旋轨道耦合调整到最佳值
" 最终结果产生的相干时间比以前在自旋轨道量子位中发现的要长10000多倍
这意味着量子信息可以保存更长的时间，允许执行更多的操作——这是扩大量子计算机规模的一个重要步骤
通过自旋轨道耦合放大 为了让量子计算机胜过经典计算机，大量的量子比特需要一起工作来执行复杂的计算
“我们的自旋轨道量子位对电场的稳定性是独一无二的，这证明了制造可扩展量子计算机的一条强有力的新途径
该研究的合著者乔·萨尔菲说，他在芝加哥商品交易所进行了这项研究，现就职于不列颠哥伦比亚大学
这一发现最终实现了操纵单个量子位和在更大距离上耦合量子位的新方法，这将使芯片制造过程更加灵活
电相互作用也允许耦合到其他量子系统，打开了混合量子系统的前景
UNSW团队在《科学进展》杂志上发表的早期研究表明，硅中的自旋轨道耦合为大量量子位的放大提供了许多优势
“硅中的自旋对可扩展的量子信息设备非常有吸引力，因为它们稳定并与当前的计算机处理技术兼容，使这些设备易于制造，”教授说
罗格
“现在我们已经证明了长的相干时间，自旋轨道量子比特成为大规模硅量子处理器的有力候选
"
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