太棒啦！已成功控制能量的损失和转移！

量子计算机需要长期保存量子信息，才能比普通计算机更快地破解重要问题。能量损失使量子位元的状态从1变为0，同时破坏了存储的量子信息。因此，世界各地的科学家传统上一直致力于消除这些机器的所有能源损失或损耗。

阿尔托大学Mikko Mottonen博士和研究团队采取了不同的方法：多年前，我们意识到量子计算机实际上需要耗散才能有效运行。诀窍是只有在你需要的时候才拥有它。在2019年3月11日发表于《自然物理》(Nature Physics)期刊的论文中，来自阿尔托大学(Aalto University)和奥卢大学(University of Oulu)的科学家证明：

博科园-科学科普：可以按需将高质量超导谐振器的耗散率提高1000倍——这种谐振器被用于量子计算机原型。最近发明的量子电路冰箱是实现这种可调谐耗散的关键。未来的量子计算机也需要类似的功能来控制能量损失。根据这项研究的第一作者马蒂·西尔维博士的说法，最具科学意义的结果是出人意料的。令我们大为惊讶的是，当我们打开耗散开关时，发现谐振器的频率发生了变化。70年前，诺贝尔奖得主威利斯·兰姆(Willis Lamb)首次观测到氢原子的微小能量转移。我们看到了同样的物理现象，但这是第一次在工程量子系统中看到。

超导谐振器及其量子力学环境的艺术印象图。图片：Heikka Valja

兰姆的观察在当时是革命性的，他们指出，仅仅模拟氢原子是不够的；即使电磁场的能量为零，它也必须被考虑进去。这种现象现在在量子电路中也得到了证实。这个新发现的关键在于，能量的耗散，也就是能量的转移，是可以开启和关闭的。控制这种能量的转移对于量子逻辑和量子计算机的实现至关重要，建立一个大规模的量子计算机是我们社会面临的最大挑战之一。由于宽频带电磁真空波动引起的量子系统能级转移（兰姆位移）是量子电动力学的发展和对原子光谱理解的核心。鉴于量子计算等应用需要极高的精度，对工程量子系统来说，确定微小能量转移的起源仍然很重要。

然而，在缺乏可调环境的情况下，如何解决原有宽带情况下的Lamb移位是一个挑战。因此，以前在非原子系统中观测到的仅限于包含窄带modes环境。在这里，我们观察到高质量超导谐振器中的宽带兰姆位移，这种情况也适用于兰姆实验中无法达到的静态位移。通过对工程宽带环境的耦合强度进行外部调谐，测量了基频数兆赫的连续变化。研究结果可能会改善高质量工程量子系统的耗散控制，并为使用这种混合实验平台研究合成的开放量子材料开辟新的可能性！

博科园-科学科普｜研究/来自: 阿尔托大学

参考期刊文献:《Nature Physics》

DOI: 10.1038/s41567-019-0449-0

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