突破性的方法解决量子系统退相干和控制误差等问题

研究人员开发出一种新方法，大大提高了量子系统的稳定性和性能，从而在量子技术领域取得了重大突破。这项开创性工作解决了退相干和不完全控制等长期存在的难题，为制造更可靠、更灵敏的量子设备铺平了道路。

量子技术，包括量子计算机和传感器，在彻底改变计算、密码学和医学成像等各个领域方面具有巨大的潜力。然而，它们的发展一直受到噪声的不利影响，噪声会破坏量子态并导致错误。

受交叉相关噪声（蓝色和红色）影响的量子比特的布洛赫球。该方法对这种噪声进行了破坏性干扰，从而实现了卓越的性能。来源：作者

许多减轻量子系统噪声的传统方法主要侧重于时间自相关性，即研究噪声随时间的变化情况。虽然这些方法在一定程度上有效，但当存在其他类型的噪声相关性时，这些方法就会失效。

这项研究由量子物理学专家、希伯来大学 Alex Retzker 教授指导的博士生 Alon Salhov、乌尔姆大学 Fedor Jelezko 教授和 Genko Genov 博士以及华中科技大学蔡建明教授共同完成。他们提出了一种利用两个噪声源之间的交叉相关性的创新策略。通过利用交叉相关噪声的破坏性干扰，研究小组成功地大幅延长了量子态的相干时间，提高了控制保真度，并增强了高频量子传感的灵敏度。

交叉相关噪声的破坏性干扰、控制序列和实验装置示意图。

详细说明（摘自论文）：

(a) 量子位受到环境噪声 δ(t)的影响。应用具有拉比频率 Ω1 的共振驱动产生一个受保护的穿戴式量子比特，它主要由于 ε1(t) - Ω1 中的振幅噪声而解旋。应用调制频率为 eΩ1、拉比频率为 Ω2、振幅波动为 ε2(t)的第二个驱动器，可以减少因 ε1(t)引起的退相干。

(b) 如果 ε1(t)和 ε2(t)的交叉相关性 c 不为零，则失谐 eΩ1 = Ω1 + c Ω2 2/Ω1 会使有效驱动轴倾斜，并引起交叉相关噪声的破坏性干扰，从而产生相干时间更长的双压制量子比特。

(c) 标准和相关双驱动（DD）协议的测量序列。(d) NV 中心的实验装置和电平

这一进步的主要成就包括：

相干时间延长十倍：与以前的方法相比，量子信息保持不变的时间延长了十倍。

提高控制保真度：提高量子系统的操控精度，可实现更精确、更可靠的操作。

卓越的灵敏度：探测高频信号的能力超越了目前的先进水平，从而在量子传感领域实现了新的应用。

Alon Salhov 说："我们的创新方法扩展了我们保护量子系统免受噪声影响的工具箱。通过关注多个噪声源之间的相互作用，我们释放了前所未有的性能水平，使我们更接近量子技术的实际应用。"

这一进步不仅标志着量子研究领域的重大飞跃，也为广泛的应用带来了希望。医疗保健等依赖高灵敏度测量的行业将从这些改进中受益匪浅。

编译自/ScitechDaily