量子比特中信息保存时间太短,一直是阻碍实用量子计算机实现的最大难题。美国普林斯顿大学工程师在这一问题上取得重大突破,研制出一种“长寿”的超导量子比特,其相干时间超过1毫秒,是目前实验室最佳版本的3倍、业界标准的近15倍,也是十多年来量子比特寿命的最大提升。研究人员基于该比特构建了一个完全运行的量子芯片,并验证了其性能,为实现高效纠错和系统扩展扫清了一大障碍。相关成果发表于《自然》杂志。

延长相干时间是量子计算实用化的关键。新比特的结构与谷歌、IBM等公司使用的跨子量子比特相似,可直接替换到现有处理器中。理论上,如果将此次研发的组件替换进谷歌最先进的量子芯片Willow,其性能将提升约1000倍。更重要的是,这种优势会随着系统规模扩大而呈指数级增长,意味着增加更多比特将带来更显著的收益。研究团队采用“双管齐下”的策略:一是使用金属钽取代常用铝,以减少能量损失;二是用高纯度硅替代传统蓝宝石基底。实验结果显示,这一设计显著延长了量子比特的相干时间,在蓝宝石基底上就已刷新纪录,而与硅结合后性能更进一步,达到目前世界最高水平。谷歌量子AI首席科学家米歇尔·德沃雷评价称,普林斯顿团队“让看似不可能的方案成为现实”。专家认为,这一成果为造出实用量子计算机迈出了关键一步。