科学家宣布室温下首个稳定量子比特已经实现

他们的科学实验得出了一组理想的条件，"在室温下通过微波操纵在五元子级中产生量子自旋相干性至关重要"，因为量子系统需要在不受环境干扰的稳定状态下运行一段时间。

小堀在一份非常详尽的文件中披露了多部门的研究成果："这是首次实现纠缠五元体的室温量子相干"。这一发现的关键在于发色团--一种光吸收染料分子--与金属有机框架（MOF）--一种由金属离子和有机配体组成的纳米多孔晶体材料--的结合。

上述的一定时间仅以纳秒为单位，因此还需要进行更多的实验工作和进一步的改进，以延长这一状态，形成更好的条件。

他们的研究成果标志着量子计算和传感技术取得了重大进展。量子计算被定位为计算技术的下一个重大进步，而量子传感则是一种利用量子比特（经典计算中比特的量子类似物，可存在于 0 和 1 的叠加中）的量子力学特性的传感技术。

实现量子比特可以采用多种系统，其中一种方法是利用电子的固有自旋--一种与粒子磁矩相关的量子特性。电子有两种自旋状态：自旋上升和自旋下降。基于自旋的量子位可以在这两种状态的组合中存在，并且可以"纠缠"，从而可以从一个量子位推断出另一个量子位的状态。

利用量子纠缠态对环境噪声极其敏感的特性，量子传感技术有望实现比传统技术更高分辨率和灵敏度的传感。然而，迄今为止，要纠缠四个电子并使其对外部分子做出反应，即利用纳米多孔 MOF 实现量子传感，一直是一项挑战。

值得注意的是，发色团在室温下可通过一种称为单子裂变的过程激发具有理想电子自旋的电子。然而，室温会导致量子比特中存储的量子信息失去量子叠加和纠缠。因此，通常只有在液氮温度下才能实现量子相干。

为了抑制分子运动并实现室温量子相干性，研究人员在 UiO 型 MOF 中引入了一种基于五碳烯（由五个线性融合的苯环组成的多环芳烃）的发色团。"这项研究中的 MOF 是一种独特的系统，可以密集地积聚发色团。此外，晶体内部的纳米孔使发色团能够旋转，但角度非常有限，"柳井说。

MOF 结构促进了并五苯单元的足够运动，使电子从三重态过渡到五重态，同时在室温下也充分抑制了运动，以保持五重多激子态的量子相干性。用微波脉冲对电子进行光激发后，研究人员可以在室温下观察到超过100纳秒的量子相干性。小堀说："这是纠缠五元体的首次室温量子相干。"

虽然只观测到了纳秒级的相干性，但这些发现将为设计在室温下生成多个量子比特的材料铺平道路。通过寻找能诱导更多此类被抑制运动的客体分子，并开发合适的MOF结构，未来将有可能更高效地生成五元组多激子态量子比特。这将为基于多量子门控制和各种目标化合物的量子传感的室温分子量子计算打开大门。