磁振子寿命提升至18微秒
磁振子寿命突破18微秒:量子信息载体迎来关键跃升

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来源:科技日报
科技日报记者 张佳欣
在构建下一代量子器件的竞赛中,磁振子——这些在磁性材料中传播的微小磁化波——一直被视为潜力巨大的选手。但有个老问题始终困扰着研究者:它们的“寿命”太短了。这里的寿命,指的是磁振子能稳定携带量子信息的时间窗口。过去,这个窗口通常只有几百纳秒,对于需要长时间稳定操作的量子计算来说,显然不够用。
现在,情况有了根本性的转变。来自奥地利维也纳大学领衔的科研团队,在最新一期《科学进展》上报告了一项突破:他们将磁振子的寿命一举提升到了18微秒。这可不是简单的数字增长,而是实现了数量级的跃升,意味着磁振子承载量子信息的能力得到了质的飞跃。
那么,他们是如何做到的呢?关键在于两项策略的转变。首先,研究团队放弃了传统的均匀磁振子,转而激发短波长的磁振子。这步棋很妙,因为这类磁振子对晶体表面的缺陷不敏感,从而巧妙地绕开了过去最主要的能量耗散途径。其次,他们将实验材料——超高纯度的钇铁石榴石微球,冷却到了接近绝对零度的约30毫开尔文。在这种极低温环境下,由热扰动引起的衰减被极大地抑制了。
正是通过这两项“组合拳”,磁振子得以从一种易损耗的瞬时信号,转变成了可以长期存在的量子信息载体。其性能表现,已经接近当前主流量子处理器中使用的超导量子比特。
更值得关注的是,这项研究揭示了一个关键事实:当前限制磁振子寿命的,并非某种不可逾越的物理定律,而仅仅是晶体中极其微量的杂质。团队对三种不同纯度的样品进行了测试,结果一目了然:材料纯度越高,磁振子存活的时间就越长。即便是其中纯度最低的样品,其性能也已经超越了以往所有的记录。这无疑为未来的发展指明了方向——提升的空间,很大程度上将取决于材料科学的进步。
展望下一步,磁振子的角色有望发生根本性转变。它不再仅仅是高损耗的传输环节,而可能成为稳定的量子存储单元和低损耗的“高速公路”。想象一下,在单一芯片上,通过磁振子这条“量子总线”,高效连接起数百个量子比特。这,或许就是未来量子计算架构的关键图景。
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