科技日報北京2月27日電（記者張夢然）在構建實用量子電腦的行程中，量子比特與環境相互作用導致的“退相干”是根本性挑戰。現在，瑞典查爾姆斯理工大學研究團隊提出一種基於“巨型超原子”的全新量子系統理論，就像為量子電腦打開了新的“工具箱”，有望為大規模、可擴展的量子計算開闢新路徑。相關研究發表在美國科學促進會優睿科網站上。
量子電腦被認為將給藥物研發、加密技術等領域帶來突破，但其發展長期受限於量子比特的脆弱性——即便微弱的環境雜訊，也足以破壞其量子態。為此，該領域研究人員一直致力於提升量子系統的穩定性與可控性。
研究團隊此次提出的“巨型超原子”模型，融合了“巨型原子”與“超原子”兩類人造量子結構的特性。其中，巨型原子具有多個空間分離的耦合點，可同時與環境中的光波或聲波相互作用，其發射的波可返回並影響原子自身，形成類似“回聲”的量子效應，從而抑制退相干並賦予系統記憶能力。超原子則是由多個天然原子共亯量子態、整體表現為單一量子實體的結構。
將二者結合形成的巨型超原子，能够以集體形式運作，實現光與物質之間的非局域相互作用。這一設計使得多個量子比特的資訊可被存儲和控制於一個單元內，减少對外部複雜電路的依賴。更重要的是，該系統有望克服以往巨型原子在實現量子糾纏方面的局限，為遠距離分發糾纏態、構建量子網絡及高靈敏度感測器提供了新工具。
研究還揭示了巨型超原子與光相互作用的內在機制，並展示了兩種具有實用潜力的耦合構型：在緊密排列下，量子態可在多個巨型超原子間無損傳遞；而在遠距離精確連接條件下，光波或聲波可保持相位一致，從而實現量子訊號定向發送與遠距離糾纏。
該工作現時仍處於理論階段，研究團隊計畫進一步推進其實驗製備。由於該概念可與其他量子系統結合，也為發展混合量子平臺提供了新思路。團隊指出，通過智慧設計降低硬體複雜性，巨型超原子或將成為邁向實用化量子科技的關鍵一步。
【總編輯圈點】
量子比特退相干，簡單來說，就是量子比特失去神奇的量子特性，退化成普通比特。打個比方，量子比特就像旋轉的硬幣，同時處於正面和反面的疊加態。不過，輕微擾動就會使旋轉的硬幣倒下，失去疊加態，這就是量子比特的退相干。攻克這一難題，對於研製量子電腦而言至關重要，因為只有如此才能兌現量子電腦的强大效能。現時，科學家正從多種技術路線並進，嘗試避免量子比特退相干，覈心目標都是把量子電腦從理論上的“算得快”變成現實中的强大生產力工具。