参考消息网11月24日报道 据美国趣味科学网站11月22日报道，科学家们制造出一种新型分子量子比特，有望借助现有的电信技术实现量子计算机之间的连接，为未来的量子互联网奠定基础。这种新型量子比特与名为铒的稀土元素有关。该元素所具有的光学和磁学特性使其能够利用与光纤网络相同的波长来传输量子信息。

  研究人员表示，由于这种分子量子比特可在电信波长下工作，因此能更容易地集成到硅芯片中。这可为制造体积更小、更紧凑的量子设备铺平道路。

  该研究团队10月2日在美国《科学》周刊上发表了他们的研究成果。他们在声明中称，这项技术“是可扩展量子技术中一个很有前景的新基石”，适用于从超安全通信链路到量子计算机长距离网络（通常称为量子互联网）等多个领域。

  为打造量子互联网所需的技术，研究人员已开展大量研究，包括9月制造出的一种新芯片，有助于通过现实世界里的光纤电缆传输量子信号。但在这项新研究中，研究人员专注于制造一种可传输数据的新型量子比特。

  此次研究的首席研究员、美国芝加哥大学分子工程与物理学教授戴维·奥沙洛姆在声明中说：“通过展示这些铒分子量子比特的多功能特性，我们朝着建设可直接接入当今光学基础设施的可扩展量子网络又迈进了一步。”

  量子比特是量子信息的最基本形式，相当于经典计算中使用的比特。不过，二者的相似性仅此而已。经典比特以二进制的1和0进行计算，而量子比特则遵循量子物理学的奇特规则，能同时处于多种状态，这种特性被称为量子叠加。因此，一对量子比特可以同时是0-0、0-1、1-0和1-1。

  量子比特通常有三种形式：由微小电路构成的超导量子比特、将信息存储在被电磁场固定的带电原子中的离子阱量子比特、将量子态编码在光粒子中的光子量子比特。

  分子量子比特使用单个分子，这些分子通常围绕稀土金属构建，其电子自旋决定了它们的量子态。这种自旋使电子产生一个微小的磁场，磁场方向决定了量子比特的值。与普通比特一样，它可以表示1或0，但也可以是这两种状态的叠加。

  新型铒量子比特的独特之处在于，它兼具自旋量子比特和光子量子比特的特性；它可以以磁性的方式存储信息，同时利用光信号进行读取。

  在一项实验中，研究人员证明铒原子的自旋可以被置于可控的叠加态，这是量子比特正常工作的关键条件。由于自旋状态会影响原子发射光的波长，研究团队能够使用光谱学等标准技术读取量子比特的量子态。

  研究论文的共同第一作者、芝加哥大学普里茨克分子工程学院的博士后学者利娅·韦斯在声明中说：“这些分子可以作为磁性世界和光学世界之间的纳米级桥梁。信息可以编码在分子的磁状态中，然后用波长与光纤网络和硅光子电路等相关成熟技术兼容的光来读取。”

  在电信波长下工作有两个主要优势。第一，信号可以在几乎无损耗的情况下进行长距离传输，这对于通过光纤网络传输量子数据至关重要。

  第二，光纤波长的光可以轻松穿过硅。如果不能穿过，编码在光信号中的数据就会被吸收而丢失。研究人员表示，由于光信号可以穿过硅到达下方嵌入的探测器或其他光子组件，所以铒量子比特非常适合用于基于芯片的硬件。

  奥沙洛姆对趣味科学网站说：“电信波段的波长为通过光纤传输的光信号提供了最低的损耗率。如果你想将单个光子（即单个光粒子）中的信息可靠地发送到实验室之外，这一点至关重要。”

  奥沙洛姆解释说，规模是另一个优势。每个量子比特由单个分子构成，其大小约为人类头发的十万分之一。由于它们的结构可以通过合成化学进行调整，分子量子比特可以集成到其他量子比特无法进入的环境中，包括固态设备甚至活细胞内部。这种程度的可控性有助于应对量子计算最大的一个工程挑战：将量子兼容性直接嵌入到现有技术中。

  奥沙洛姆说：“集成是技术规模化的关键一步，也是该领域面临的突出挑战。”（编译/涂颀）