将量子力学和计算机科学结合并实现量子计算（quantum computing）是人类的一大梦想。量子算法的本质就是利用量子的相干性，而在现实中，由于环境会不可避免地对量子系统发生耦合干扰，使量子的相干性随时间衰减，发生消相干（quantum decoherence）。因此，为了使量子计算成为现实，一个首要的困难就是克服消相干。

 

3月13日在线发表于《科学》杂志的一篇论文，阐述了美国能源部艾姆斯实验室、加州大学圣芭芭拉分校以及微软Station Q的科学家的一项最新研究，他们分别从理论和实验上研究了微观系统如何与环境作用从而失去量子相干特性。研究人员在3月10日至14日举行的美国物理学会会议上也介绍了他们的研究成果。

 

艾姆斯实验室的理论物理学家Viatcheslav Dobrovitski说，“可见光、空气中的分子、晶格振动等许多环境因素都会影响到量子力学粒子，这些不可控的相互作用会破坏不同量子态间的相干性。”

 

为了探索消相干的动力学过程，上述三家机构的科学家研究了一种易于操控的典型自旋系统——钻石中的氮－空位（nitrogen-vacancy，简称N-V）掺杂中心，在单粒子尺度上分析了量子相干的失效。研究人员惊讶地发现，他们能够极好地调整由氮自旋造成的干涉，从而得到该量子系统（实际上也就是一个量子比特）不同的消相干效应。同时，科学家们发现，通过施加一个适当的磁场，可以调控量子比特与环境干扰因素的相互作用程度。

 

利用解析理论和高级计算机模拟方法，研究人员得到了不同效应体系下消相干过程的清晰图片，同时也对该过程中的量子自旋动力学进行了定量的描述。

 

值得一提的是，最新的实验并没有使用通常的原子尺度研究所需要的超低温条件，是在室温下进行的。Dobrovitski表示，全世界的顶尖研究团体都在研究N-V中心的量子相干，“大家共同的努力将打开通往量子计算机的道路。”（科学网 任霄鹏/编译）

 

（《科学》（Science），DOI: 10.1126/science.1155400，R. Hanson, V. V. Dobrovitski, A. E. Feiguin, O. Gywat, D. D. Awschalom）