环境噪声有助于保持量子系统的一致性

量子计算机有望在复杂计算的某些领域取得重大进展。然而,实现这种梦想计算机的障碍之一是,在原子粒子水平上发生的量子现象会受到来自周围环境的环境“噪声”的严重影响。过去,科学家们一直试图通过将系统冷却到非常低的温度来保持系统的一致性,但仍存在挑战。现在,在自然通讯发表的研究中,来自RIKEN紧急物质科学中心和合作者的科学家已经证明,使用三粒子系统,他们可以使用去相位 - 一个通常会降低相干性的过程 - 自相矛盾地维持它。

量子现象通常局限于原子水平,但有些情况 - 例如激光和超导 - 量子现象的相干性允许它们在宏观层面上表达。这对量子计算机的发展很重要。然而,他们对环境也极其敏感,这破坏了使他们有意义的连贯性。

该小组由RIKEN紧急物质科学中心的Seigo Tarucha领导,建立了一个三个量子点系统,其中电子自旋可以用电场单独控制。它们以一个末端量子点中的两个纠缠电子自旋开始,同时保持中心点为空,并将这些自旋中的一个转移到中心点。然后,他们使用电脉冲在另一端点中用第三次旋转交换中心点旋转,使得第三次旋转现在与第一次旋转缠绕,而第一次旋转与其没有接触。然而令人惊讶的是,纠缠比预期更强烈,并且基于模拟,他们意识到系统周围的环境噪声自相矛盾地帮助纠缠形成。

根据该研究的第一作者Takashi Nakajima所说,“我们发现这源于一种被称为'量子芝诺悖论'或'图灵悖论'的现象,这意味着人们可以仅通过以下行为来减缓量子系统的速度。经常观察它。这很有趣,因为它会导致环境噪音,这通常会使系统不连贯,实际上使它更加连贯。“

该团队的负责人Tarucha表示,“这是一个非常令人兴奋的发现,因为它可能有助于加速研究扩大半导体量子计算机的规模,使我们能够解决传统计算机系统非常困难的科学问题。”

Nakajima继续说道,“对我来说非常有趣的另一个领域是,在非常嘈杂的环境中运行的许多生物系统,例如光合作用,利用了宏观的量子相干性,并且考虑类似的过程可能是有趣的。发生。“