量子比特的“記憶力”——相干時間

通常來說，一個人記憶力越好，他能整合、處理的信息就越多。傳說魚的記憶力只有7秒！這可能是它們沒有統(tǒng)治世界的原因。

在量子計算中，量子比特所能“記住”的量子狀態(tài)越久，其所能進行的計算次數(shù)也就越多。量子計算的“記憶力”就可以類比為相干時間。

什么是相干時間？

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相干時間(Coherence Times)是量子比特質(zhì)量的重要指標之一，它代表了量子比特可以維持疊加態(tài)的時間長度，相干時間越長，量子計算機所完成的計算就越多。

簡單來說，相干時間也是量子計算機可用于計算的“工作時間”。目前，離子阱量子計算在實現(xiàn)長相干上有著明顯優(yōu)勢。

長相干難在哪里？

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多數(shù)量子計算路線中的量子比特都極易受周遭環(huán)境（溫度、噪聲、甚至是宇宙射線）干擾，想讓他們維持長時間的疊加和糾纏狀態(tài)，就如同讓一群活潑愛動的小貓排列齊整一樣，是一件極具挑戰(zhàn)的事情。

制造出理想的量子比特也極具挑戰(zhàn)，因為存在一些物理上的限制，比如材料的性質(zhì)和制造工藝會導致量子比特不完美。這就像一群乖巧的貓中間出現(xiàn)一只活潑的貓，甚至是狗，會極大的影響相干時間。

量子計算中的關鍵技術指標T1和T2

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探討量子計算的相干時間時，我們常會關注兩個參數(shù)：T1時間和T2時間（T1 Time and T2 Time）。它們是看待量子比特工作時間的不同方式。

T1時間決定了你能在多長時間內(nèi)區(qū)分量子比特的狀態(tài)1和狀態(tài)0。

當一個量子比特被激發(fā)到高能級（激發(fā)態(tài)）時，類似經(jīng)典比特從0到1。在經(jīng)典比特中，1態(tài)能夠比較容易的維持，但在量子比特中會在一定時間內(nèi)返回到較低能態(tài)。這個時間就是能量弛豫時間。在T1時間內(nèi)，量子比特會從高能態(tài)返回到低能態(tài)，即從1變回0。這意味著量子比特會失去攜帶的信息。

而T2時間則代表著能夠在疊加態(tài)中保持相位信息的時間，如果T2時間較短，比特疊加態(tài)可能會演化為另一個疊加態(tài)，甚至不再是疊加態(tài)，從而喪失了攜帶的信息。

簡而言之，T1時間和T2時間都是關于量子比特性能的時間參數(shù)，它們分別描述了量子比特在能級和相位上保持穩(wěn)定性的時間。對于量子計算來說，較長的T1和T2時間是量子計算追求的目標，因為這意味著量子比特可以在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定的狀態(tài)，從而提高計算的準確性和可靠性。

不同量子計算體系的相干時間？

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在不同的量子體系中，人們?yōu)榱颂岣吡孔颖忍氐?記憶力"使用了許多方法，而離子阱體系在相干時間上有著天然的優(yōu)勢，并不斷刷新著單量子比特相干時間的紀錄。

部分量子計算路線的相干時間比較

離子阱量子計算中的離子通常懸浮在真空中，受到較少的外部環(huán)境擾動。相比于其他物理實現(xiàn)方案，離子阱的真空中離子受到的環(huán)境噪聲較弱，與環(huán)境隔離度較高。而離子本身來源于自然界，不受加工工藝和雜質(zhì)的影響，這也使得離子阱量子計算能維持較長的相干時間。

ION I離子阱量子計算機的真空腔與阱系統(tǒng)

近期，國儀量子離子阱量子計算平臺ION I正式交付國內(nèi)某高校，用戶將基于該平臺進行量子計算、量子模擬與量子算法等領域的研究。據(jù)公開報道顯示，該平臺為國內(nèi)首臺實現(xiàn)商業(yè)化交付的離子阱量子計算平臺。

ION I離子阱量子計算平臺可操控比特數(shù)目2~12任意可選，單比特門保真度超99.97%，兩比特門保真度超99.7%，相干時間T2*大于100 ms。該系統(tǒng)可穩(wěn)定囚禁離子數(shù)目超90+，一維離子阱晶體數(shù)目數(shù)小時不變云。多項核心技術指標達到國際一流水準。

ION I離子阱量子計算機交付