0.0005秒叫做长寿命，这是为什么？ | 科技袁人

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导读


原来一个量子比特在大约1000次滴答之后就驾鹤西去了，现在能够坚持到10000个滴答。续0.0005秒也是很不容易的！

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本视频发布于2021年11月15日，播放量超91万，点赞量已达2.7万

精彩呈现：

最近，北京量子信息科学研究院发布了一个新成果：长寿命超导量子比特芯片。什么叫“长寿命”？很多公众充满兴趣地上前询问，以为可以通过量子技术延年益寿。可惜让他们失望了，这项工作的对象不是人，而是量子比特。所谓长寿命，只不过是503微秒而已，即0.000503秒。

你也许会很奇怪：这不应该叫短寿命吗？居然还叫长寿命？！我的科大师弟、北京量子信息科学研究院研究员金贻荣博士写了一篇文章（超导量子比特寿命突破500微秒——虽为人间一刹，却是意义非凡 | 返朴），解释了这里的原理。

正如日常见到的计算机中的基本单元叫做比特，量子计算机的基本单元叫做量子比特。比特只有0和1两个状态，量子比特却有无穷多个状态，它可以处于0和1两个基本状态的任何“叠加态”。利用这种性质，量子计算机就可以实现很多神奇的功能，有望大大超越传统计算机。

然而，由于环境的干扰，量子比特的状态有可能发生改变，通俗地说就是这个量子态寿终正寝了。所以，我们把一个量子比特保持信息不丢失的时间称为它的“寿命”。这个寿命其实是一个统计上的特征时间，物理学的专业名称是“退相干时间”（decoherence time）。此前，用超导体系实现的量子比特，寿命大约在10-100微秒的量级，比人一眨眼还短得多。现在提升到500微秒，当然是长寿命了！

你也许想问，这么短够干啥的？回答是：量子计算机还有一个重要的特征时间，是单次操作所需要的时间。对于超导量子比特而言，做一次量子门操作的时间大约在10-100纳秒，我们可以把这个时间比作一个“滴答”。也就是说，原来一个量子比特在大约1000次滴答之后就驾鹤西去了，现在能够坚持到10000个滴答。这就可以多做很多事情，所以是一个重要的进步。现在你明白长寿命是什么意思了吧？续0.0005秒也是很不容易的！

金贻荣告诉大家，这是通过材料和微纳加工工艺方面的创新实现的。不过量子计算机前面还有很多险阻，如量子纠错，所以这远远不是长征的终点，甚至驻足点都不算。如何将这些技术推广到包含更多量子比特的芯片中去，如何以此为基础进一步提升量子门操控的保真度，将是接下来更为重要的挑战。

扩展阅读：

作者简介：本文作者袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

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