量子計算機需要長期保存量子信息，才能比普通計算機更快地破解重要問題。能量損失使量子位元的狀態從1變為0，同時破壞了存儲的量子信息。因此，世界各地的科學家傳統上一直致力於消除這些機器的所有能源損失或損耗。阿爾託大學Mikko Mottonen博士和研究團隊採取了不同的方法：
多年前，我們意識到量子計算機實際上需要耗散才能有效運行。訣竅是隻有在你需要的時候才擁有它。在2019年3月11日發表於《自然物理》(Nature Physics)期刊的論文中，來自阿爾託大學(Aalto University)和奧盧大學(University of Oulu)的科學家證明：
博科園-科學科普：可以按需將高質量超導諧振器的耗散率提高1000倍——這種諧振器被用於量子計算機原型。最近發明的量子電路冰箱是實現這種可調諧耗散的關鍵。未來的量子計算機也需要類似的功能來控制能量損失。根據這項研究的第一作者馬蒂·西爾維博士的說法，最具科學意義的結果是出人意料的。令我們大為驚訝的是，當我們打開耗散開關時，發現諧振器的頻率發生了變化。70年前，諾貝爾獎得主威利斯·蘭姆(Willis Lamb)首次觀測到氫原子的微小能量轉移。我們看到了同樣的物理現象，但這是第一次在工程量子系統中看到。
- 超導諧振器及其量子力學環境的藝術印象圖。圖片：Heikka Valja
蘭姆的觀察在當時是革命性的，他們指出，僅僅模擬氫原子是不夠的；即使電磁場的能量為零，它也必須被考慮進去。這種現象現在在量子電路中也得到了證實。這個新發現的關鍵在於，能量的耗散，也就是能量的轉移，是可以開啟和關閉的。控制這種能量的轉移對於量子邏輯和量子計算機的實現至關重要，建立一個大規模的量子計算機是我們社會面臨的最大挑戰之一。由於寬頻帶電磁真空波動引起的量子系統能級轉移（蘭姆位移）是量子電動力學的發展和對原子光譜理解的核心。鑑於量子計算等應用需要極高的精度，對工程量子系統來說，確定微小能量轉移的起源仍然很重要。
然而，在缺乏可調環境的情況下，如何解決原有寬帶情況下的Lamb移位是一個挑戰。因此，以前在非原子系統中觀測到的僅限於包含窄帶modes環境。在這裡，我們觀察到高質量超導諧振器中的寬帶蘭姆位移，這種情況也適用於蘭姆實驗中無法達到的靜態位移。通過對工程寬帶環境的耦合強度進行外部調諧，測量了基頻數兆赫的連續變化。研究結果可能會改善高質量工程量子系統的耗散控制，併為使用這種混合實驗平臺研究合成的開放量子材料開闢新的可能性！
博科園-科學科普｜研究/來自: 阿爾託大學
參考期刊文獻:《Nature Physics》
DOI: 10.1038/s41567-019-0449-0
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