来自巴塞尔大学的物理学家首次成功地将两个Andreev量子比特在宏观距离上进行了相干耦合。他们在一个狭窄的超导谐振器中产生的微波光子的帮助下实现了这一目标。实验结果和相应的计算结果最近发表在《自然物理》杂志上，为耦合安德烈夫量子比特在量子通信和量子计算中的应用奠定了基础。
量子通信和量子计算基于量子比特(量子位)作为经典计算机中与比特相关的最小信息单位进行操作。在目前世界各地正在研究的许多不同方法中，一个有希望的选择是使用Andreev对量子位。
这些量子比特是在金属和超导体的界面上形成的，这个过程被称为安德烈夫反射。在这里，来自金属的一个电子进入超导体，在那里它成为电子对(库珀对)的一部分，而一个表现得像正电荷的空穴被反射回金属中。
基于这一过程，在这些材料的界面处形成了离散的束缚态对。它们被称为Andreev束缚态，可以作为量子位的基态。这些状态对外部扰动相对较强，并且相干时间(维持叠加态的时间)相对较长。它们也可以很容易地控制和集成到现代电子电路中。所有这些因素都有利于开发可靠和可扩展的量子计算机。
两个量子系统之间的交换
研究人员现在已经实现了两个Andreev量子位之间的强量子力学耦合，每个量子位都定位在半导体纳米线中。计算结果与理论模型非常吻合。
“我们在一个长长的超导微波谐振器的两端，将两个Andreev对量子比特在很远的距离上耦合在一起。这允许在谐振器和量子位之间交换微波光子，”来自巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所的克里斯蒂安教授Schönenberger解释说，他的团队进行了这项实验。
微波谐振器可以以两种不同的方式使用:在一种模式下，量子比特可以通过谐振器读出，为研究人员提供有关其量子态的信息。第二种模式用于将两个量子位相互耦合，允许它们在不丢失微波光子的情况下“通信”。这两个量子位不再相互独立，而是共享一个新的量子态——这对量子通信和量子计算机的发展至关重要。
“在我们的工作中，我们将三个量子系统结合起来，使它们能够相互交换光子。我们的量子比特本身只有大约100纳米大小，我们在6毫米的宏观距离上对它们进行了耦合，”这篇文章的合著者之一安德烈亚斯·鲍姆加特纳博士说。“通过这样做，我们能够证明Andreev对量子比特适合作为紧凑和可扩展的固态量子比特。”
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