该团队实现了1毫秒的相干时间，大幅刷新了此前0.6毫秒的纪录。

芬兰阿尔托大学（Aalto University）的研究人员在量子计算领域取得了一项重大进展。该团队在传输子量子比特（transmon qubit）的相干时间上创下了新的科学纪录，这是量子计算的一项关键性能指标。

具体而言，他们实现了一个传输子量子比特的回波相干时间（echo coherence time）达到1毫秒，中位数为0.5毫秒。这大大超越了之前约0.6毫秒的纪录。

对于不了解的人来说，相干时间（coherence time） 指的是量子比特（qubit）能在不受环境噪声影响而产生错误的情况下，维持其量子态的持续时间。换句话说，量子比特可以在退相干（decohering）发生之前，在脆弱的量子态（也称为叠加态 superposition）中保持更长时间。

一旦退相干发生，量子比特就会丢失其所有的量子信息。因此，更长的相干时间意味着有更多的时间来执行复杂的操作而不会损失保真度（fidelity）。

相干时间越长 = 量子计算性能越强

这也降低了对大量量子纠错（quantum error correction）的需求，而量子纠错对于扩展至实用、容错的量子计算机至关重要。简而言之，至少在理论上，这个时间越长，量子计算机就越实用。

“随着量子比特相干时间和保真度的不断提高，量子计算机即将变得有用。首批应用似乎在于解决困难但短时的数学问题，例如高阶二元优化问题，”阿尔托大学量子技术教授米科·莫托宁（Mikko Möttönen）告诉我们。

为了取得这一令人难以置信的成就，该团队在阿尔托大学的洁净室设施中制造了高质量的传输子量子比特。所需的超导材料来自芬兰国家研究机构VTT。

他们利用了作为芬兰OtaNano基础设施一部分的Micronova微纳洁净实验室。该实验装置由博士生米科·图奥科拉（Mikko Tuokkola）主导，并由吉田义树博士（Dr. Yoshiki Sunada，现任职于斯坦福大学）指导。

“目前，由于物理量子比特上的错误仍然过于频繁，量子纠错对量子比特相干性的提升作用有限。因此，要实现高效的量子纠错，需要将相干时间提升数倍（几个翻倍），而这最初的几倍提升在减少所需物理量子比特数量方面带来的优势最大，”莫托宁向IE解释道。

这一成就不仅是该团队的重大胜利，也是整个芬兰的胜利。它可以在某种程度上帮助芬兰将自己定位为量子技术领域的全球领导者。

五年内实现实用量子计算机？

这项工作也得到了重大计划的支持，包括芬兰量子旗舰计划（FQF）和芬兰科学院（Academy of Finland）的量子技术卓越中心。阿尔托大学的量子计算与器件小组正在开设新职位以加速未来的突破。

“这一里程碑式的成就巩固了芬兰在该领域作为全球领导者的地位，推动了未来量子计算机可能实现目标的进展，”莫托宁解释道。

展望未来，像这样的成就正让我们离量子计算机的实际应用越来越近，甚至可能在未来五到十年内实现。

“在我看来，这项技术的工业和商业应用很可能在未来五年内实现，最初以早期的含噪声中等规模量子（NISQ）算法的形式出现，随后是在轻度纠错机制下的机器，”他说。

您可以在《自然-通讯》期刊上查看他们的研究论文。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！