糾纏五重態(tài)首次在室溫下實(shí)現量子相干

  ICC訊 日本九州大學(xué)和神戶(hù)大學(xué)科學(xué)家報告稱(chēng)，通過(guò)將發(fā)色團（一種吸收光并發(fā)出顏色的染料分子）嵌入金屬有機框架，他們在室溫下實(shí)現了量子相干。這是量子系統在不受周?chē)肼曈绊懙那闆r下，保持量子狀態(tài)的能力。最新研究標志著(zhù)量子計算和量子傳感技術(shù)領(lǐng)域的重大進(jìn)步。相關(guān)論文發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》雜志。

  量子計算和量子傳感都是利用量子比特的技術(shù)。目前，科學(xué)家探索了多種系統來(lái)實(shí)現量子比特，其中包括電子自旋。電子有向上和向下兩種自旋狀態(tài)?；谧孕牧孔颖忍乜梢赃@些狀態(tài)的組合存在（量子疊加），且能彼此“糾纏”（即一個(gè)量子比特狀態(tài)的變化會(huì )影響另一個(gè)量子比特的狀態(tài)）。

  量子傳感技術(shù)利用量子糾纏態(tài)對環(huán)境噪聲極其敏感的特性，有望實(shí)現更高分辨率和靈敏度。但讓4個(gè)電子發(fā)生量子糾纏并使它們對外部分子作出反應，一直面臨極大挑戰。

  此前，科學(xué)家通過(guò)單線(xiàn)態(tài)裂變過(guò)程，在室溫下用發(fā)色團激發(fā)電子來(lái)獲得電子自旋。但在室溫下，量子信息會(huì )失去量子疊加和糾纏狀態(tài)。因此，量子相干通常只在液氮溫度（-196℃）下才能實(shí)現。

  為抑制分子運動(dòng)并實(shí)現室溫量子相干，研究團隊在有機金屬框架中引入基于并五苯的發(fā)色團。結果顯示，有機金屬框架促進(jìn)了并五苯的運動(dòng)，使電子從三重態(tài)能級躍遷為五重態(tài)能級，充分保持了五重多激子態(tài)的量子相干性。通過(guò)微波脈沖光激發(fā)電子，他們觀(guān)察到，該狀態(tài)的量子相干在室溫下持續超過(guò)100納秒。這是糾纏五重態(tài)在室溫下首次實(shí)現量子相干。

  研究人員表示，雖然持續時(shí)間很短，但最新發(fā)現為設計在室溫下產(chǎn)生多個(gè)量子比特的材料鋪平了道路，也為基于多種目標化合物的多量子門(mén)控制和量子傳感打開(kāi)了大門(mén)。