該團隊實現了1毫秒的相干時間，大幅刷新了此前0.6毫秒的紀錄。

芬蘭阿爾托大學（Aalto University）的研究人員在量子計算領域取得了一項重大進展。該團隊在傳輸子量子比特（transmon qubit）的相干時間上創下了新的科學紀錄，這是量子計算的一項關鍵性能指標。

具體而言，他們實現了一個傳輸子量子比特的回波相干時間（echo coherence time）達到1毫秒，中位數為0.5毫秒。這大大超越了之前約0.6毫秒的紀錄。

對于不了解的人來說，相干時間（coherence time） 指的是量子比特（qubit）能在不受環境噪聲影響而產生錯誤的情況下，維持其量子態的持續時間。換句話說，量子比特可以在退相干（decohering）發生之前，在脆弱的量子態（也稱為疊加態 superposition）中保持更長時間。

一旦退相干發生，量子比特就會丟失其所有的量子信息。因此，更長的相干時間意味著有更多的時間來執行復雜的操作而不會損失保真度（fidelity）。

相干時間越長 = 量子計算性能越強

這也降低了對大量量子糾錯（quantum error correction）的需求，而量子糾錯對于擴展至實用、容錯的量子計算機至關重要。簡而言之，至少在理論上，這個時間越長，量子計算機就越實用。

“隨著量子比特相干時間和保真度的不斷提高，量子計算機即將變得有用。首批應用似乎在于解決困難但短時的數學問題，例如高階二元優化問題，”阿爾托大學量子技術教授米科·莫托寧（Mikko M?tt?nen）告訴我們。

為了取得這一令人難以置信的成就，該團隊在阿爾托大學的潔凈室設施中制造了高質量的傳輸子量子比特。所需的超導材料來自芬蘭國家研究機構VTT。

他們利用了作為芬蘭OtaNano基礎設施一部分的Micronova微納潔凈實驗室。該實驗裝置由博士生米科·圖奧科拉（Mikko Tuokkola）主導，并由吉田義樹博士（Dr. Yoshiki Sunada，現任職于斯坦福大學）指導。

“目前，由于物理量子比特上的錯誤仍然過于頻繁，量子糾錯對量子比特相干性的提升作用有限。因此，要實現高效的量子糾錯，需要將相干時間提升數倍（幾個翻倍），而這最初的幾倍提升在減少所需物理量子比特數量方面帶來的優勢最大，”莫托寧向IE解釋道。

這一成就不僅是該團隊的重大勝利，也是整個芬蘭的勝利。它可以在某種程度上幫助芬蘭將自己定位為量子技術領域的全球領導者。

五年內實現實用量子計算機？

這項工作也得到了重大計劃的支持，包括芬蘭量子旗艦計劃（FQF）和芬蘭科學院（Academy of Finland）的量子技術卓越中心。阿爾托大學的量子計算與器件小組正在開設新職位以加速未來的突破。

“這一里程碑式的成就鞏固了芬蘭在該領域作為全球領導者的地位，推動了未來量子計算機可能實現目標的進展，”莫托寧解釋道。

展望未來，像這樣的成就正讓我們離量子計算機的實際應用越來越近，甚至可能在未來五到十年內實現。

“在我看來，這項技術的工業和商業應用很可能在未來五年內實現，最初以早期的含噪聲中等規模量子（NISQ）算法的形式出現，隨后是在輕度糾錯機制下的機器，”他說。

您可以在《自然-通訊》期刊上查看他們的研究論文。

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