在未来几年，量子核算机和量子网络或许能够处理传统核算机体系无法完结的使命。例如，它们能够用于模仿杂乱的物质或完结从根本上安全的通讯。量子信息体系的根本构件被称为量子比特，为了使量子技能成为有形的实际，研讨人员将需求确认战略，以十分高的准确率操控许多量子比特。固体中单个粒子的自旋，例如电子和原子核，显示出量子网络展开的巨大期望，一些研讨人员能够证明对这些量子位的根本操控。
但到现在为止，还没有人报导过包含超越三个自旋的羁绊量子态。为了到达完结杂乱使命所需的核算才能，量子寄存器应该比现在完结的要大得多。但是，到现在为止，在杂乱和强相互作用的量子体系中，操控单个自旋被证明是十分具有应战性的。现在，TU Delft和Element Six一组研讨人员成功地演示了一种彻底可控的十量子位自旋寄存器，其量子存储长达一分钟（详见下文）。其研讨发现宣布在《物理谈论X》上，可认为更大但可控的量子寄存器的开发铺平道路，终究为量子核算拓荒新的，令人兴奋的或许性。
展开这项研讨的研讨人员之一的Tim Taminiau表明：研讨的首要意图是运用镶嵌在钻石中原子的自旋来完结对很多量子比特的准确操控体系。这些自旋是有期望有潜力运用的量子比特，用于量子核算和量子网络，但曾经的效果仅限于几个量子比特。要害应战是，一方面，体系中的一切自旋有必要耦合在一起，以作为单个量子处理器运转，但另一方面，这使得以高精度有挑选地操控它们变得困难。Taminiau和搭档成功地开发了一种全新的办法来操控多个量子比特。
这种技能运用电子自旋量子位来挑选性地操控许多独自的核自旋量子位，一起将它们解耦，然后维护它们免受体系中不必要的交互作用。运用该办法，与之前的研讨比较，研讨人员能够操控相当多的自旋数量，而且具有十分高的准确度。将技能运用于一个由10个自旋组成的体系，该体系与金刚石中的氮空位(NV)中心相关。该NV中心具有供给量子位的电子自旋，该量子位能够光学地读出(即，能够确认它的值)，而且能够用微波脉冲来操控。
该研讨的首要作者、博士生康纳·布拉德利(Conor Bradley)解说说：这种电子自旋与环境中的核自旋相耦合，其间一个核自旋是NV的本征氮核自旋。别的8个量子位是环绕NV的碳-13核自旋。自然地，钻石中约1.1%的碳原子是碳-13并具有自旋，即它们能够用作量子位，其他碳原子是碳-12，不带着自旋。虽然研讨人员将该办法运用于特定的10量子位体系，但他们信任它也能够在其他体系上施行，包含钻石和碳化硅中的其他缺点中心，硅中的量子点。这些其他体系保管的量子位在完结各种杂乱使命方面各有优势。
研讨的首要效果是一个10自旋量子位量子体系，它能够存储长达75秒的量子信息，虽然其他研讨人员能够经过将离子捕获在真空中取得相似的效果，但许多量子比特、准确操控和长寿命量子存储器的这种组合，关于根据芯片的量子比特来说是绝无仅有的。本研讨的体系或许是大型量子网络的要害构建块，在这种网络中，多个NV中心(每个中心供给几个量子位)以光学办法衔接在一起。在之前的一项研讨中，研讨人员现已概述并展现了这种特别才能。
除了这项研讨作为对更很多子信息体系的演示的重要性之外，还供给了对固体中自旋消相干（量子信息的丢失）的新见地。搜集的发现突出了研讨多个自旋量子比特羁绊态怎么解码的可行性，以及噪声环境中相关性怎么在这一过程中发挥重要作用。该办法还为单个自旋的量子传感和原子标准成像拓荒了新或许性，意图不是操控自旋，而是检测它们，以便为化学、生物学和资料科学研讨搜集感兴趣的样本。
在未来的研讨中，研讨人员方案演示一种叫做量子纠错的技能，这种特别类型的纠错能够协助战胜现有量子体系一切不行避免的缺点，终究使大规模量子体系的创立成为或许。这将需求在许多量子位上对量子态进行编码，并在不搅扰编码信息的情况下进行细心的丈量以检测和纠正过错。到现在为止，这关于任何体系都是遥不行及的，但研讨效果现在使咱们有或许运用钻石中的自旋来完结这一方针。
博科园｜Copyright Science X Network/Ingrid Fadelli,Phys
参阅期刊《物理谈论X》
DOI: 10.1103/PhysRevX.9.031045
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