来自亚利桑那州立大学和中国浙江大学的研究人员，以及来自英国的两名理论家，已经能够首次证明，在可编程的固态超导处理器中，大量的量子比特(qubits)可以被调谐到相互作用，同时保持前所未有的长时间相干。

以前，这只在里德堡原子系统（Rydberg atom systems）中是可能的。

10月13日，在《自然物理学》杂志上发表的论文中，亚利桑那州立大学摄政教授来颖诚和他的前博士生应磊以及实验家王浩华（后两者是浙江大学的教授）首次展示了量子多体疤痕(QMBS)状态：这是一种维持相互作用的量子比特之间相干性的强大机制，为量子信息科学和技术中的各种高处理速度和低功耗应用的多方纠缠提供了可能。应磊说：“QMBS状态具有多方纠缠的内在和通用能力，这使得它们对量子传感和计量学等应用极具吸引力。”应磊解释说。经典或二进制计算依赖于晶体管，它们在同一时间只能代表1或0。在量子计算中，量子比特可以同时代表0和1，这可以指数级地加速某些计算过程。

来颖诚说：“在量子信息科学和技术中，通常需要将大量的基本信息处理单元——量子比特，组装在一起。”“对于像量子计算这样的应用，在量子比特之间保持高度的相干性或量子纠缠至关重要。”“然而，量子比特之间不可避免的相互作用和环境噪声可以在很短的时间内破坏一致性：大约10纳秒内，这是因为许多相互作用的量子比特构成了一个多体系统。”

通过量子态层析成像对QMBS状态进行实验设置和识别。

照片来源：亚利桑那州立大学、浙江大学

这项研究的关键是对延迟热化以保持相干性的深入了解，这也被认为是量子计算的一个关键研究目标。

“从基础物理学中，我们知道在一个由许多相互作用的粒子组成的系统中，例如，封闭体积中的分子，将出现热化过程。”来颖诚说：“许多量子比特之间的争夺将无一例外地导致量子热化——所谓的‘特征态热化假说’所描述的过程，这将破坏量子比特之间的一致性。”

来颖诚表示，这些发现将有助于推动量子计算的发展，并将在密码学、安全通信和网络安全以及其他技术中得到应用。来自英国利兹利兹大学物理与天文学院的Jean-Yves Desaules和Zlatko Papić参与合作。浙江大学前博士后、现任浙大杭州科创中心技术开发专家的李贺康制备了实验所用的超导量子芯片。除此以外，还有来自浙江大学的：张鹏飞、董航、陈佳辰、邓金凤、刘波波、任文辉、姚云燕、张旭、徐世波、王珂、金飞桐、朱旭浩和宋超。

其他参与贡献的人员：来自中国科学院自动化研究所的赵良田和郝杰，以及来自美国波士顿QuEra计算公司的刘芳丽。

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