大国院士第一千一百四十五章 敏感的量子比特叠加态

金陵栖霞高新开发区。

自从川海材料研究所第一个落座在这里后经历了近十年的发展栖霞高新开发区已经成为了国内数一数二的高新技术产业开发区。

一开始栖霞高新开发区主要以材料科学和新材料技术为主附近的相关工厂也大多依赖川海材料研究所的技术专利。

但伴随着人工SEI薄膜技术、锂硫电池技术、高温超导材料、室温超导材料等先进技术与材料的研发如今这里已经形成了一个占地面积超过400平方公里的超级工业园区。

其研发和生产的各种材料、产品远销全国乃至全世界。

在靠近长江的优良位置上两栋超过了30层的大厦再加上一片占地面积超过一千亩的园区正是川海材料研究所的总部。

虽然说徐川并未过多的亲自管理这家研究机构但凭借着一开始在锂电池、超导材料和碳纳米材料上的领先与优势不到十年的时间它已经从最早的那一个小小的两千万的实验室成长为了国内数一数二的超级研究机构。

急匆匆的从国际数学家大会现场那边赶来徐川也没浪费时间径直的找到了樊鹏越。

已经提前收到了消息的大师兄这会正等待在办公室中看到徐川过来他快速的站起身笑着打了个招呼。

“来了速度挺快啊。

” 徐川点了点头道：“收到你的电话就赶过来先说说量子芯片的研究进展是个什么情况？” 樊鹏越笑了笑道：“跟我来吧等到了实验室你就知道了。

” 说着他站起身带着徐川朝着实验室走去。

所谓量子芯片就是将量子线路集成在基片上进而承载量子信息处理的功能。

这是量子计算机的研发主流方向无论是超导量子系统、还是半导体量子点系统、亦或者是微纳光子学系统、甚至是原子和离子系统都想走芯片化的道路。

原因很简单借鉴于传统计算机的发展历程量子计算机的研究在克服瓶颈技术之后要想实现商品化和产业升级需要走集成化的道路。

从发展看超导量子芯片系统从技术上走在了其它物理系统的前面；传统的半导体量子点系统也是人们努力探索的目标。

因为毕竟传统的半导体工业发展已经很成熟如半导体量子芯片在退相干时间和操控精度上一旦突破容错量子计算的阈值有望集成传统半导体工业的现有成果大大节省开发成本。

但这条路的难度实在是太大太大了。

量子比特的稳定性与退相干问题、量子纠错与逻辑量子比特的实现以及量子计算系统的可扩展性是量子芯片发展中的三大核心难题每一个都是各国顶尖量子计算机研究院和相关实验室的重点攻克方向。

尤其是量子比特的稳定性与退相干问题更是核心中的核心因为它涉及到量子计算的稳定性。

对于量子计算来说它的实用价值取决于量子比特（qubit）的完整性。

因为量子比特是量子计算机的逻辑元素代表着量子信息的两能级相干系统。

而处在量子叠加态的每一个量子比特拥有奇异的能力可同时携带两种状态实现量子版本的并行计算。

如果可以扩展量子计算机在一个处理器上容纳大量量子比特那么与当今的常规计算机相比它们的速度会快许多也能处理更加复杂的问题。

但以上这一切都取决于量子比特的完整性也就是说在量子比特的叠加态和量子信息丢失之前它能够运行多久。

这种过程称为退相干最终会限制计算机的运行时间。

超导量子比特是当今主要的量子比特模态已经在完整性这一关键指标上取得了指数级的提升。

1999年时它的持续运行时间还不到一纳秒尽管进入二十一世纪后退相干也就是量子比特的叠加态和量子信息有了极大的进展在2024年的时候已经达到了秒级。

但这仍然是一个尚未完全解决的问题。

之所以这么难便是因为量子比特的叠加态太过于敏感了。

它敏感到了什么程度呢一堵混凝土墙中的那些可以衰败的微量元素释放的低水平但无害的背景辐射都能够干扰到现在的量子芯片中存储的量子比特。

不仅仅如此还有那些进入地球的宇宙射线两者足以引发量子比特的退相干。

而针对这个问题在当初解决了强关联电子体系理论框架的时候他就通过强关联电子体系理论框架中的拓扑超导体系找到了解决这个问题的办法。

或者说理论。

那就是区别于常规超导材料的领域应用于拓扑量子计算方向的材料的‘马约拉纳零模态’概念。

理论上来说通过调控外磁场可以实现有序的、密度和几何形状可调的涡旋结构这为操纵和编织‘马约拉纳零模态’提供了一个理想的材料平台。

而四个马约拉纳零能模就可编织成一个拓扑量子比特这种准粒子的编织操作是实现容错拓扑量子计算的重要途径且它的稳定性是远超其他的量子芯片的。

因为它直接避开了传统量子超导—半导体界面这一复杂问题。

但理论仅仅是理论现实中如何构建这种合适的拓扑量子材料有着太多太多的麻烦。

比如所需特征离费米能级太远分布的能量范围太大等等。

直到后面他解决了强关联体系中拓扑物态的产生机制和特性这才为构建这种合适的拓扑量子材料找到一种可行的理论。

只不过要将这份理论转变成现实依旧需要无比漫长的时间。

而川海材料研究所联合华科院量子信息与量子创新研究院共同组成的科研小组研究的方向便是这个。

从2021年他给出完善的可行性理论到现在时间已经过去了整整五年。

五年的时间终于有了突破。

...... PS：好像有点写嗨了不过时间有点来不及了先发出来保全勤我继续写晚点还有一章。

另求个月票~大佬们。

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