科技日报记者 刘霞

美国芝加哥大学、阿贡国家实验室和英国剑桥大学科学家合作发明了一种新方法，通过“拉伸”金刚石薄膜，创造出了可显著降低设备运行成本且更易实现高保真控制的量子比特。相关论文发表于11月29日出版的《物理评论X》杂志。

通过“拉伸”钻石薄膜，科学家创造出更“物美价廉”的量子比特。
图片来源：《物理评论X》杂志

量子比特具有独特的性质，但在其广泛应用之前，还要克服许多重大挑战，其中之一在于沿着量子网络传递信息的“节点”。组成这些节点的量子比特对热量和振动非常敏感，因此科学家必须将它们冷却到极低温度才能工作。目前最有前途的“节点”由钻石制成，这些量子比特能在相对较长的时间内保持量子纠缠的能力，但要做到这一点，它们必须被冷却到接近绝对零度。

在最新研究中，科学家发现，如果在热玻璃上沉积一层钻石薄膜，就可在分子水平上拉伸钻石。这是因为随着玻璃冷却，其收缩速度比钻石慢，从而略微拉伸了钻石的原子结构。这种拉伸虽然只让原子之间分开极小距离，但对材料的行为将产生巨大影响。

首先，量子比特可在4K（-269.15℃）的温度下保持相干性，尽管这温度仍然很低，但不需要非常专业的设备来实现，基础设施和运营成本降低了一个数量级。其次，这种变化也使利用微波控制量子比特成为可能，以前科学家输入信息和操纵系统时会引入噪音，降低系统的保真度，但使用新系统及微波，保真度提高到99%。

研究人员指出，通过延长相干时间和可行的微波量子控制相结合，新技术可显著提高量子网络系统的运行温度，使其运行所需资源大大减少。