量子計算是一個已經吸引了數十億美元支持的領域，這些支持來自科技投資者和行業巨頭，包括IBM、Google和微軟。但是，如果最微小的振動從外界侵入，就會導致量子系統丟失信息。例如，如果光有足夠的能量使量子處理器芯片內的原子發生抖動，甚至也會導致信息洩露。

密歇根州立大學的研究人員發現瞭如何利用振動（通常是量子計算中的障礙）作為穩定量子態的工具。他們的研究為控制量子系統中的環境因素提供了見解，並對量子技術的發展產生了影響。

當量子系統（如量子計算機中使用的量子系統）在現實世界中運行時，它們可能會因機械振動而丟失信息。然而，由密歇根州立大學領導的新研究表明，更好地理解量子系統與這些振動之間的耦合關係可以用來減少損失。這項發表在《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌上的研究可以幫助改進IBM 和Google等公司目前正在開發的量子計算機的設計。

振動問題

密歇根州立大學博士生喬-基茨曼（Joe Kitzman）說：”每個人都對建造量子計算機來回答真正困難和重要的問題感到非常興奮。但振動激發真的會把量子處理器搞得一團糟。 “然而，通過發表在《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌上的新研究，基茨曼和他的同事們表明，這些振動並不一定是阻礙。事實上，它們可能有利於量子技術。“如果我們能夠理解振動是如何與我們的系統耦合的，我們就可以將其作為一種資源和工具，用於創建和穩定某些類型的量子態，”基茨曼說。量子技術的好處這意味著研究人員可以利用這些成果幫助減少量子比特或量子比特（讀作”q bits”）丟失的信息。傳統計算機依賴於清晰的二進制邏輯。比特以兩種不同的可能狀態之一（通常表示為0 或1）來編碼信息。而Qubits 則更加靈活，可以同時存在於0 和1 兩種狀態。雖然這聽起來像是作弊，但它完全符合量子力學的規則。儘管如此，在解決科學、金融和網絡安全等多個領域的某些問題時，量子計算機的這一特性應該會比傳統計算機更具優勢。進一步的影響和實驗除了對量子技術的影響，MSU 領導的團隊的報告還有助於為未來的實驗奠定基礎，以便更好地探索量子系統。MSU 物理與天文學系傑里-考恩物理學捐贈講座教授約翰內斯-波拉南（Johannes Pollanen）說：”理想情況下，想把你的系統與環境分開，但環境始終存在。它幾乎就像你不想處理的垃圾，但當你處理它時，你可以了解量子世界的各種精彩元素。”量子系統和新興技術Pollanen 還領導著自然科學學院的混合量子系統實驗室，Kitzman 也是該實驗室的成員之一。在Pollanen 和Kitzman 領導的實驗中，研究小組建立了一個由超導量子比特和所謂的表面聲波諧振器組成的系統。這些量子比特是開發量子計算機的公司中最受歡迎的品種之一。機械諧振器用於許多現代通信設備，包括手機和車庫門開啟器，而現在，像波拉寧這樣的研究小組正在將它們用於新興的量子技術。研究小組的諧振器使研究人員能夠調整量子比特所經歷的振動，並了解兩者之間的機械相互作用如何影響量子信息的保真度。Pollanen說：”我們正在創建一個範例係統，以了解這種信息是如何被擾亂的。我們可以控制環境，在這種情況下，可以控制諧振器中的機械振動，也可以控制量子位”。“如果你能了解這些環境損耗是如何影響系統的，你就可以利用這一點，”基茨曼說。”解決問題的第一步就是了解問題”。Pollanen說，MSU是僅有的幾個有設備和人員在這些耦合量子比特-機械諧振器裝置上進行實驗的地方之一，研究人員很高興能利用他們的系統進行進一步的探索。