當前，以量子信息科學為代表的量子科技發展十分迅速，成為國內外科技企業、研究所角逐的中心。作為科技強國之一，我國愈發重視量子科技產業發展，並不斷在量子相關領域取得重大突破。近日，清華大學叉信息研究院金奇奐研究組在量子計算領域取得重要進展，首次在離子阱系統中實現了超過一個小時的單量子比特相干時間，刷新了此前660秒的紀錄。

提升量子系統的相干時間一直是量子科技領域的一項挑戰。而作為最有潛力實現通用量子計算機的平台之一，離子阱系統優勢之一就是較長的相干時間。其中，相干時間直接限制了量子計算機可以連續進行量子操作的最大次數，同時也是實現高保真度量子操作的前提條件。除量子計算外，相干時間對量子通訊以及量子精密測量領域也都具有重大意義。

實驗系統示意圖

據了解，清華大學交叉信息院量子信息中心金奇奐研究組於2017年實現了擁有超過10分鐘相干時間的單量子比特儲存（量子信息技術中的基本單元），這是目前為止單量子比特相干時間的世界紀錄，將之前的世界紀錄提高了10倍。

基於這一研究成果，本次實驗明確了其主要限制因素：微波信號相位噪聲，殘餘磁場漲落以及微波信號洩漏。

同時，實驗過程中，研究組將實驗系統放置於雙層磁屏蔽系統中減少環境磁場噪聲與量子系統的耦合，通過增加激光以及微波信號隔離度減少信號洩露對系統的干擾，通過優化本地微波振盪器的參考降低微波信號相位噪聲。

此外，為進一步抑制噪聲，研究組採用動力學解耦技術，並根據噪聲環境優化脈衝參數進一步降低各類噪聲源影響。最終量子比特相干時間提升到了5500秒，相較於之前有一個數量級的提升。

相干時間測量結果

該成果的研究論文（Single ion qubit with estimated coherence time exceeding one hour）於近日刊發於國際學術期刊《自然·通訊》。其進一步詳細分析並量化了限制離子量子比特相干時間的其它因素，為進一步提升相干時間奠定了基礎。