科技日報記者 張夢然

在構建實用量子計算機的進程中，量子比特與環境相互作用導致的“退相干”是根本性挑戰。現在，瑞典查爾姆斯理工大學研究團隊提出一種基于“巨型超原子”的全新量子系統理論，就像為量子計算機打開了新的“工具箱”，有望為大規模、可擴展的量子計算開辟新路徑。相關研究發表在美國科學促進會優睿科網站上。

量子計算機被認為將給藥物研發、加密技術等領域帶來突破，但其發展長期受限于量子比特的脆弱性——即便微弱的環境噪聲，也足以破壞其量子態。為此，該領域研究人員一直致力于提升量子系統的穩定性與可控性。

研究團隊此次提出的“巨型超原子”模型，融合了“巨型原子”與“超原子”兩類人造量子結構的特性。其中，巨型原子具有多個空間分離的耦合點，可同時與環境中的光波或聲波相互作用，其發射的波可返回并影響原子自身，形成類似“回聲”的量子效應，從而抑制退相干并賦予系統記憶能力。超原子則是由多個天然原子共享量子態、整體表現為單一量子實體的結構。

將二者結合形成的巨型超原子，能夠以集體形式運作，實現光與物質之間的非局域相互作用。這一設計使得多個量子比特的信息可被存儲和控制于一個單元內，減少對外部復雜電路的依賴。更重要的是，該系統有望克服以往巨型原子在實現量子糾纏方面的局限，為遠距離分發糾纏態、構建量子網絡及高靈敏度傳感器提供了新工具。

研究還揭示了巨型超原子與光相互作用的內在機制，并展示了兩種具有實用潛力的耦合構型：在緊密排列下，量子態可在多個巨型超原子間無損傳遞；而在遠距離精確連接條件下，光波或聲波可保持相位一致，從而實現量子信號定向發送與遠距離糾纏。

該工作目前仍處于理論階段，研究團隊計劃進一步推進其實驗制備。由于該概念可與其他量子系統結合，也為發展混合量子平臺提供了新思路。團隊指出，通過智能設計降低硬件復雜性，巨型超原子或將成為邁向實用化量子技術的關鍵一步。

總編輯圈點

量子比特退相干，簡單來說，就是量子比特失去神奇的量子特性，退化成普通比特。打個比方，量子比特就像旋轉的硬幣，同時處于正面和反面的疊加態。不過，輕微擾動就會使旋轉的硬幣倒下，失去疊加態，這就是量子比特的退相干。攻克這一難題，對于研制量子計算機而言至關重要，因為只有如此才能兌現量子計算機的強大性能。目前，科學家正從多種技術路線并進，嘗試避免量子比特退相干，核心目標都是把量子計算機從理論上的“算得快”變成現實中的強大生產力工具。