作為世界範圍內開發實用量子網絡和量子計算機努力的一部分，一個國際科學家團隊在保存量子點自旋量子比特的量子一致性方面取得了重大進展。得益於這些技術，一系列廣泛的行業和研究工作都將經歷轉型。它們將影響到從安全信息傳輸到尋找具有獨特性質的新型材料和化學品，以及需要同步傳感器的基本物理現象的精確測量等一切領域。

藝術家對量子點中的電子自旋的印象，與光和強耦合的核自旋相連接資料來源：Leon Zaporski – 劍橋大學

自旋-光子接口是量子網絡的基本構件，它允許將靜止的量子信息（如離子的量子狀態或固態自旋量子比特）轉換為光，即光子，可以在很遠的距離上傳播。一個主要的挑戰是找到一個既能很好地存儲量子信息又能有效地將其轉換為光的接口。

光學活性半導體量子點是迄今為止已知的最有效的自旋-光子接口，但儘管經過十年的研究努力，將它們的存儲時間延長到幾微秒以上，這仍使物理學家感到困惑。現在，劍橋大學、林茨大學和謝菲爾德大學的研究人員已經表明，有一種簡單的材料的解決方案可以提高量子信息的存儲時間超過百微秒。

量子點是由成千上萬的原子組成的晶體結構。這些原子的每一個核都有一個磁偶極矩，與量子點電子耦合，並可能導致存儲在電子量子位上的量子信息丟失。據《自然-納米技術》雜誌報導，該研究小組的發現是，在一個用具有相同晶格參數的半導體材料構建的設備中，這些原子核”感受”到了相同的環境，並表現得很一致。因此，現在有可能過濾掉這種核噪音，並在存儲時間上實現近兩個數量級的改進。

領導這個項目的劍橋大學卡文迪什實驗室的克萊爾-勒蓋爾說：”這是光學活性量子點的一個全新的尺度，我們可以關閉與核的相互作用，一次又一次地重新聚焦電子自旋，以保持其量子狀態。我們在工作中展示了數百個微秒，但實際上，現在我們已經進入了這個系統，知道更長的相干時間是可以實現的。對於量子點中的自旋，短的相干時間是應用的最大障礙，而這一發現為這一問題提供了一個清晰而簡單的解決方案。”

在首次探索百微秒時間尺度的同時，研究人員驚喜地發現，電子只看到來自原子核的噪聲，而不是其它，比如說設備中的電噪聲。這確實是一個很好的位置，因為核組合是一個孤立的量子系統，而相干電子將是通向大型核自旋組合中的量子現象的一個通道。

另一件令研究人員驚訝的事情是，從核子中拾取的”聲音”並不像最初預計的那樣和諧，而且通過進一步的材料工程，該系統的量子一致性還有進一步提高的空間。

“當我們開始使用這項工作中採用的晶格匹配的材料系統時，獲得具有明確屬性和良好光學質量的量子點並不容易。”–林茨大學這篇論文的共同作者Armando Rastelli說。”看到最初由好奇心驅動的關於一個相當”奇特”的系統的研究路線和熟練的團隊成員Santanu Manna和Saimon Covre da Silva的堅持不懈帶來了這些壯觀結果的基礎設備，這是非常有益的。現在我們知道了我們的納米結構有什麼用處，而且我們對與我們的合作者一起進一步設計其特性的前景感到興奮。”

“這項研究最令人興奮的事情之一是馴服一個複雜的量子系統：十萬個核與一個控制良好的電子自旋強烈耦合，”卡文迪什大學博士生Leon Zaporski–該論文的第一作者解釋說。”大多數研究人員通過消除所有的相互作用來解決將量子比特與噪聲隔離的問題。他們的量子比特變得有點像鎮靜的薛定諤的貓，對任何人拉他們的尾巴都幾乎沒有反應。而我們的’貓’服用了強烈的刺激劑，這意味著我們觀察它時有更多的樂趣。”

“量子點現在結合了高光子量子效率和長自旋相干時間”，本論文的共同作者Mete Atatüre教授解釋說。”在不久的將來，我們設想這些設備能夠為全光子量子計算創造糾纏光態，並允許對核自旋集合進行基礎性的量子控制實驗。”