纠缠五重态首次在室温下实现量子相干，有望促进量子计算和量子传感技术研发
纠缠五重态首次在室温下实现量子相干，有望促进量子计算和量子传感技术研发
实验示意图。图片来源：柳井伸弘
科技日报记者 刘霞
日本九州大学和神户大学科学家报告称，通过将发色团（一种吸收光并发出颜色的染料分子）嵌入金属有机框架，他们在室温下实现了量子相干。这是量子系统在不受周围噪声影响的情况下，保持量子状态的能力。最新研究标志着量子计算和量子传感技术领域的重大进步。相关论文发表于《科学进展》杂志。
量子计算和量子传感都是利用量子比特的技术。目前，科学家探索了多种系统来实现量子比特，其中包括电子自旋。电子有向上和向下两种自旋状态。基于自旋的量子比特可以这些状态的组合存在（量子叠加），且能彼此“纠缠”（即一个量子比特状态的变化会影响另一个量子比特的状态）。
量子传感技术利用量子纠缠态对环境噪声极其敏感的特性，有望实现更高分辨率和灵敏度。但让4个电子发生量子纠缠并使它们对外部分子作出反应，一直面临极大挑战。
此前，科学家通过单线态裂变过程，在室温下用发色团激发电子来获得电子自旋。但在室温下，量子信息会失去量子叠加和纠缠状态。因此，量子相干通常只在液氮温度（-196℃）下才能实现。
为抑制分子运动并实现室温量子相干，研究团队在有机金属框架中引入基于并五苯的发色团。结果显示，有机金属框架促进了并五苯的运动，使电子从三重态能级跃迁为五重态能级，充分保持了五重多激子态的量子相干性。通过微波脉冲光激发电子，他们观察到，该状态的量子相干在室温下持续超过100纳秒。这是纠缠五重态在室温下首次实现量子相干。
研究人员表示，虽然持续时间很短，但最新发现为设计在室温下产生多个量子比特的材料铺平了道路，也为基于多种目标化合物的多量子门控制和量子传感打开了大门。
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