參考消息網11月24日報道 據美國趣味科學網站11月22日報道，科學家們製造出一種新型分子量子比特，有望借助現有的電信技術實現量子計算機之間的連接，為未來的量子互聯網奠定基礎。這種新型量子比特與名為鉺的稀土元素有關。該元素所具有的光學和磁學特性使其能夠利用與光纖網絡相同的波長來傳輸量子信息。

  研究人員&&，由於這種分子量子比特可在電信波長下工作，因此能更容易地集成到硅芯片中。這可為製造體積更小、更緊湊的量子設備鋪平道路。

  該研究團隊10月2日在美國《科學》周刊上發表了他們的研究成果。他們在聲明中稱，這項技術“是可擴展量子技術中一個很有前景的新基石”，適用於從超安全通信鏈路到量子計算機長距離網絡（通常稱為量子互聯網）等多個領域。

  為打造量子互聯網所需的技術，研究人員已開展大量研究，包括9月製造出的一種新芯片，有助於通過現實世界裏的光纖電纜傳輸量子信號。但在這項新研究中，研究人員專注於製造一種可傳輸數據的新型量子比特。

  此次研究的首席研究員、美國芝加哥大學分子工程與物理學教授戴維·奧沙洛姆在聲明中説：“通過展示這些鉺分子量子比特的多功能特性，我們朝着建設可直接接入當今光學基礎設施的可擴展量子網絡又邁進了一步。”

  量子比特是量子信息的最基本形式，相當於經典計算中使用的比特。不過，二者的相似性僅此而已。經典比特以二進制的1和0進行計算，而量子比特則遵循量子物理學的奇特規則，能同時處於多種狀態，這種特性被稱為量子疊加。因此，一對量子比特可以同時是0-0、0-1、1-0和1-1。

  量子比特通常有三種形式：由微小電路構成的超導量子比特、將信息存儲在被電磁場固定的帶電原子中的離子阱量子比特、將量子態編碼在光粒子中的光子量子比特。

  分子量子比特使用單個分子，這些分子通常圍繞稀土金屬構建，其電子自旋決定了它們的量子態。這種自旋使電子産生一個微小的磁場，磁場方向決定了量子比特的值。與普通比特一樣，它可以&&1或0，但也可以是這兩種狀態的疊加。

  新型鉺量子比特的獨特之處在於，它兼具自旋量子比特和光子量子比特的特性；它可以以磁性的方式存儲信息，同時利用光信號進行讀取。

  在一項實驗中，研究人員證明鉺原子的自旋可以被置於可控的疊加態，這是量子比特正常工作的關鍵條件。由於自旋狀態會影響原子發射光的波長，研究團隊能夠使用光譜學等標準技術讀取量子比特的量子態。

  研究論文的共同第一作者、芝加哥大學普裏茨克分子工程學院的博士後學者利婭·韋斯在聲明中説：“這些分子可以作為磁性世界和光學世界之間的納米級橋梁。信息可以編碼在分子的磁狀態中，然後用波長與光纖網絡和硅光子電路等相關成熟技術兼容的光來讀取。”

  在電信波長下工作有兩個主要優勢。第一，信號可以在幾乎無損耗的情況下進行長距離傳輸，這對於通過光纖網絡傳輸量子數據至關重要。

  第二，光纖波長的光可以輕鬆穿過硅。如果不能穿過，編碼在光信號中的數據就會被吸收而丟失。研究人員&&，由於光信號可以穿過硅到達下方嵌入的探測器或其他光子組件，所以鉺量子比特非常適合用於基於芯片的硬體。

  奧沙洛姆對趣味科學網站説：“電信波段的波長為通過光纖傳輸的光信號提供了最低的損耗率。如果你想將單個光子（即單個光粒子）中的信息可靠地發送到實驗室之外，這一點至關重要。”

  奧沙洛姆解釋説，規模是另一個優勢。每個量子比特由單個分子構成，其大小約為人類頭髮的十萬分之一。由於它們的結構可以通過合成化學進行調整，分子量子比特可以集成到其他量子比特無法進入的環境中，包括固態設備甚至活細胞內部。這種程度的可控性有助於應對量子計算最大的一個工程挑戰：將量子兼容性直接嵌入到現有技術中。

  奧沙洛姆説：“集成是技術規模化的關鍵一步，也是該領域面臨的突出挑戰。”（編譯/涂頎）