沒有花前月下，只有量子學(xué)霸，科研界CP發(fā)糖，仍是如此齁甜！近日，國際學(xué)術(shù)媒體《Physics World》產(chǎn)業(yè)版編輯Margaret Harris發(fā)出推文，“爆料”了一對來自中國的“量子俠侶”——代映秋和石致富博士。原來，這對CP最近分別以第一、第三作者的身份發(fā)布了一項重要的科研成果——基于國儀量子X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100的觀測結(jié)果，將量子比特的相干時間提高至1.4毫秒，量子比特的品質(zhì)因數(shù)提升了40倍。

Margaret Harris在推文里調(diào)侃，希望這對couple“相干超過一毫秒”

自主高端科學(xué)儀器發(fā)力，“量子俠侶”海外圈粉

近日，《Physics World》編輯Isabelle Dumé以《Molecular qubits stick around for longer》為題，報道了中國科學(xué)院微觀磁共振重點實驗室在分子量子比特研究方向上的最新科研成果。這一重大突破以《Experimental Protection of the Spin Coherence of a Molecular Qubit Exceeding a Millisecond》為題，在權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《Chinese Physics Letters》進(jìn)行了發(fā)表，在海內(nèi)外學(xué)術(shù)圈引發(fā)廣泛關(guān)注。

值得一提的是，中國科技大學(xué)博士研究生代映秋作為論文第一作者，實驗過程中所用到的X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100正是她未婚夫石致富博士主要參與設(shè)計的。原來學(xué)術(shù)界秀恩愛的門檻都這么高嗎？這也太甜了吧！

代映秋、石致富博士正在使用EPR100進(jìn)行科學(xué)研究

“在研究過程中，自主研制的X波段脈沖式電子順磁共振譜儀起到至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的商用科學(xué)儀器，受到放大器的相位穩(wěn)定性、最大脈沖個數(shù)等參數(shù)的影響，不能滿足實驗方案的需求。于是科研團(tuán)隊在實驗室已有的EPR譜儀技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，自主研制完成任意序列發(fā)生器、微波脈沖放大器等部件，完成全新的、符合實驗要求的X波段脈沖電子順磁共振譜儀。最終儀器可以生成10000個以上、精度為50ps的高精度脈沖序列，產(chǎn)生高相位穩(wěn)定性、高強(qiáng)度的微波脈沖作用到量子比特上，最終完成該工作?！笔赂徊┦勘硎尽?/p>

EPR100是中國首款商用電子順磁共振譜儀，儀器研發(fā)技術(shù)是源自于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微觀磁共振重點實驗室。石致富博士透露，去年他求婚的時候，代映秋說要等到她博士畢業(yè)，現(xiàn)在這篇論文發(fā)表之后，她距離撥穗時刻大大拉近了。

延長相干時間，量子科技將獲更廣泛應(yīng)用

近年來，量子計算已經(jīng)成為一種革命性技術(shù)，利用量子的疊加和糾纏特性，量子計算機(jī)在一些特定的科學(xué)問題上，只需要短短幾秒就可以完成經(jīng)典計算機(jī)幾年都無法完成的計算任，并且量子比特的相干時間越長，量子計算的性能就越強(qiáng)。然而，量子體系處于環(huán)境中，不可避免地與振動、溫度波動、電磁波等環(huán)境產(chǎn)生相互作用，導(dǎo)致量子體系的相干信息向環(huán)境中流失（通常稱為“退相干”），破壞長時間的量子計算過程，極大地限制了復(fù)雜量子任務(wù)的實現(xiàn)，困擾無數(shù)研究量子技術(shù)的科學(xué)家。因此，減小量子比特與環(huán)境之間的相互作用所引起的退相干至關(guān)重要。

據(jù)了解，目前用作量子比特的常見候選體系有光學(xué)系統(tǒng)、超導(dǎo)、離子陷、固體材料缺陷和量子點等。磁性分子的電子自旋是一種新興的量子計算體系，與其他體系相比，該量子比特可以通過化學(xué)合成的方法較為輕易地調(diào)控、修飾分子結(jié)構(gòu)，且可以大量合成，規(guī)則排布以創(chuàng)建量子線路也相對容易。

然而，和其他的量子比特一樣，該量子比特的疊加態(tài)也很脆弱。雖然科學(xué)家們已經(jīng)采用抗磁化合物稀釋、合成時增強(qiáng)分子的剛性、各向同性純化等方法來減小環(huán)境噪聲對磁性分子量子比特相干的影響，但是目前為止，此類分子量子比特的相干時間也未超過1ms。

X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100

為了延長相干時間，來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊將過渡金屬配位化合物（PPh4）2［Cu（mnt）2］的電子自旋作為量子比特，在X波段脈沖式電子順磁共振譜儀EPR100上，應(yīng)用微波脈沖對分子量子比特的量子態(tài)進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)”，在特定的時間內(nèi)平均掉特定的耦合產(chǎn)生的效果。他們的研究使得該量子比特的相干時間從6.8 μs延長到1.4 ms，這個時間理論上可以支持14.5萬次基本邏輯運(yùn)算。而被稱作量子比特的“品質(zhì)因數(shù)（即相干時間與操控時間之比）”，比之前報告的數(shù)值提升了40倍。

論文截圖

據(jù)代映秋介紹，該工作采用微波脈沖序列操控的方法與傳統(tǒng)的方法相比，不需要對分子進(jìn)行特殊的修飾，保留了其他自旋作為量子比特資源被利用的可能性。

這項研究成果意義重大，不僅可以極大地提高量子計算的能力，在磁性生物醫(yī)學(xué)成像和量子傳感領(lǐng)域也可以得到廣泛應(yīng)用。

期待這一研究成果未來可以走進(jìn)尋常百姓家，讓人們的生活更加美好而便捷。也希望代映秋、石致富博士這對“量子俠侶”能夠“糾纏不放手，相干到白頭”，帶著共同的奮斗目標(biāo)成就量子科技研究領(lǐng)域的一段佳話。

《Chinese Physics Letters》論文鏈接：http://cpl.iphy.ac.cn/10.1088/0256-307X/38/3/030303

《Physics world》報道鏈接：https://physicsworld.com/a/molecular-qubits-stick-around-for-longer