科研界CP发糖！“量子侠侣”基于自主高端科学仪器发布重要成果

没有花前月下，只有量子学霸，科研界CP发糖，仍是如此齁甜！近日，国际学术媒体《Physics World》产业版编辑Margaret Harris发出推文，“爆料”了一对来自中国的“量子侠侣”——代映秋和石致富博士。原来，这对CP最近分别以第一、第三作者的身份发布了一项重要的科研成果——基于国仪量子X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100的观测结果，将量子比特的相干时间提高至1.4毫秒，量子比特的品质因数提升了40倍。

Margaret Harris在推文里调侃，希望这对couple“相干超过一毫秒”

自主高端科学仪器发力，“量子侠侣”海外圈粉

近日，《Physics World》编辑Isabelle Dumé以《Molecular qubits stick around for longer》为题，报道了中国科学院微观磁共振重点实验室在分子量子比特研究方向上的最新科研成果。这一重大突破以《Experimental Protection of the Spin Coherence of a Molecular Qubit Exceeding a Millisecond》为题，在权威学术杂志《Chinese Physics Letters》进行了发表，在海内外学术圈引发广泛关注。

值得一提的是，中国科技大学博士研究生代映秋作为论文第一作者，实验过程中所用到的X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100正是她未婚夫石致富博士主要参与设计的。原来学术界秀恩爱的门槛都这么高吗？这也太甜了吧！

代映秋、石致富博士正在使用EPR100进行科学研究

“在研究过程中，自主研制的X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪起到至关重要的作用。传统的商用科学仪器，受到放大器的相位稳定性、最大脉冲个数等参数的影响，不能满足实验方案的需求。于是科研团队在实验室已有的EPR谱仪技术基础上进行改进，自主研制完成任意序列发生器、微波脉冲放大器等部件，完成全新的、符合实验要求的X波段脉冲电子顺磁共振谱仪。仪器可以生成10000个以上、精度为50ps的高精度脉冲序列，产生高相位稳定性、高强度的微波脉冲作用到量子比特上，最终完成该工作。”石致富博士表示。

EPR100的研发技术源于中国科学技术大学微观磁共振重点实验室。石致富博士透露，去年他求婚的时候，代映秋说要等到她博士毕业，现在这篇论文发表之后，她距离拨穗时刻大大拉近了。

延长相干时间，量子科技将获更广泛应用

近年来，量子计算已经成为一种革命性技术，利用量子的叠加和纠缠特性，量子计算机在一些特定的科学问题上，只需要短短几秒就可以完成经典计算机几年都无法完成的计算任，并且量子比特的相干时间越长，量子计算的性能就越强。然而，量子体系处于环境中，不可避免地与振动、温度波动、电磁波等环境产生相互作用，导致量子体系的相干信息向环境中流失（通常称为“退相干”），破坏长时间的量子计算过程，极大地限制了复杂量子任务的实现，困扰无数研究量子技术的科学家。因此，减小量子比特与环境之间的相互作用所引起的退相干至关重要。

据了解，目前用作量子比特的常见候选体系有光学系统、超导、离子陷、固体材料缺陷和量子点等。磁性分子的电子自旋是一种新兴的量子计算体系，与其他体系相比，该量子比特可以通过化学合成的方法较为轻易地调控、修饰分子结构，且可以大量合成，规则排布以创建量子线路也相对容易。

然而，和其他的量子比特一样，该量子比特的叠加态也很脆弱。虽然科学家们已经采用抗磁化合物稀释、合成时增强分子的刚性、各向同性纯化等方法来减小环境噪声对磁性分子量子比特相干的影响，但是目前为止，此类分子量子比特的相干时间也未超过1ms。

X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100

为了延长相干时间，来自中国科学技术大学的研究团队将过渡金属配位化合物(PPh4)2[Cu(mnt)2]的电子自旋作为量子比特，在X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪EPR100上，应用微波脉冲对分子量子比特的量子态进行“翻转”，在特定的时间内平均掉特定的耦合产生的效果。他们的研究使得该量子比特的相干时间从6.8 µs延长到1.4 ms，这个时间理论上可以支持14.5万次基本逻辑运算。而被称作量子比特的“品质因数（即相干时间与操控时间之比）”，比之前报告的数值提升了40倍。

论文截图

据代映秋介绍，该工作采用微波脉冲序列操控的方法与传统的方法相比，不需要对分子进行特殊的修饰，保留了其他自旋作为量子比特资源被利用的可能性。

这项研究成果意义重大，不仅可以极大地提高量子计算的能力，在磁性生物医学成像和量子传感领域也可以得到广泛应用。

期待这一研究成果未来可以走进寻常百姓家，让人们的生活更加美好而便捷。也希望代映秋、石致富博士这对“量子侠侣”能够“纠缠不放手，相干到白头”，带着共同的奋斗目标成就量子科技研究领域的一段佳话。

《Chinese Physics Letters》论文链接：

http://cpl.iphy.ac.cn/10.1088/0256-307X/38/3/030303

《Physics world》报道链接：

https://physicsworld.com/a/molecular-qubits-stick-around-for-longer