搞定「退相干」現象，科學家找到讓量子態持續時間延長 1 萬倍的方法
將量子技術從可能變為真實的主要挑戰之一在於如何使超脆弱、不穩定的量子態（Quantum State）持續時間超過幾毫秒（ms），科學家不久前已將這標準提高了 1 萬倍。
透過處理所謂的「退相干」（decoherence）現象達成這點：退相干是由振動、溫度波動和電磁場干擾引起的周遭雜訊干擾，可輕易終止量子態。「採用這種方法，我們不試圖消除周遭環境的雜訊，」芝加哥大學（University of Chicago）量子工程師 Kevin Miao 表示：「相反的，我們會欺騙系統以為自己沒有感受到雜訊。」
利用旋轉木馬原理遮蔽雜訊，固態量子位元穩定狀態可保持 22 毫秒
透過對稱為固態量子位元（Solid-State Qubit）的量子系統施加連續交變磁場（Alternating Magnetic Field），除了控制這類系統所需的標準電磁脈衝，團隊還能「遮蔽」不必要的雜訊。
研究人員比喻成像坐在旋轉木馬上，轉速愈快，就愈聽不到周遭雜音，因為一切雜音都變得模糊不清。在這種情況下，自旋電子（Spinning Electron）就像旋轉木馬。藉由新方法，固態量子位元系統能保持穩定達 22 毫秒之久，這比之前研究成果的持續時間高 4 個數量級或 1 萬倍，儘管還是比十分之一的眨眼時間短。
Qubit 量子位元是標準電腦位元的量子版，不僅能編碼 1 和 0，還可達讓本身功能更強大的疊加態（Superposition State）。退相干對量子科學家來說無異是一大剋星，其他降低背景雜訊的嘗試多半著眼於完全隔離量子系統（技術上來說非常有挑戰性，再不然就是使用最純粹的材料打造這些系統），但這種系統很快就變得十分昂貴。本文探討的新方法提供更實用的解決方案。
對超導 Qubit、分子量子系統、超級電腦及無法破解網路發展很有幫助
「這個突破為量子科學令人興奮的新研究方法與途徑奠定了基礎，」美國阿崗國家實驗室（Argonne National Laboratory）物理學家 David Awschalom 指出：「這項發現的廣泛適用性，加上非常簡單的實作方式，使這種強大的相干性（Coherence）影響到量子工程許多方面，使以前認為不切實際的新研究商機成為可能。」
研究人員指出，這也可以應用在量子物理學的其他領域，無需太多調整，如超導量子位元（Superconducting Qbit）和分子量子系統（Molecular Quantum System）就是其他可能受益的系統。這涉及從超級電腦到無法破解入侵的網路等各種可能應用領域。雖然我們的量子未來仍然有一段長遠的路要走，但科學每一步進展都讓我們和量子未來的距離縮短。
「目前有許多候選的量子技術，因無法長時間保持量子相干性而被擱置，」Miao 表示：「現在我們可以重新評估這些候選技術，因為能透過這種新方法大幅提高量子相干性。」他進一步表示：「最棒的是，非常容易做到。雖然背後的科學相當錯綜複雜，但新增交變磁場的邏輯卻非常簡單。」研究發表在《科學》期刊。
（首圖來源：芝加哥大學）