作为世界范围内开发实用量子网络和量子计算机努力的一部分，一个国际科学家团队在保存量子点自旋量子比特的量子一致性方面取得了重大进展。得益于这些技术，一系列广泛的行业和研究工作都将经历转型。它们将影响到从安全信息传输到寻找具有独特性质的新型材料和化学品，以及需要同步传感器的基本物理现象的精确测量等一切领域。

艺术家对量子点中的电子自旋的印象，与光和强耦合的核自旋相连接 资料来源：Leon Zaporski - 剑桥大学

自旋-光子接口是量子网络的基本构件，它允许将静止的量子信息（如离子的量子状态或固态自旋量子比特）转换为光，即光子，可以在很远的距离上传播。一个主要的挑战是找到一个既能很好地存储量子信息又能有效地将其转换为光的接口。

光学活性半导体量子点是迄今为止已知的最有效的自旋-光子接口，但尽管经过十年的研究努力，将它们的存储时间延长到几微秒以上，这仍使物理学家感到困惑。现在，剑桥大学、林茨大学和谢菲尔德大学的研究人员已经表明，有一种简单的材料的解决方案可以提高量子信息的存储时间超过百微秒。

量子点是由成千上万的原子组成的晶体结构。这些原子的每一个核都有一个磁偶极矩，与量子点电子耦合，并可能导致存储在电子量子位上的量子信息丢失。据《自然-纳米技术》杂志报道，该研究小组的发现是，在一个用具有相同晶格参数的半导体材料构建的设备中，这些原子核"感受"到了相同的环境，并表现得很一致。因此，现在有可能过滤掉这种核噪音，并在存储时间上实现近两个数量级的改进。

领导这个项目的剑桥大学卡文迪什实验室的克莱尔-勒盖尔说："这是光学活性量子点的一个全新的尺度，我们可以关闭与核的相互作用，一次又一次地重新聚焦电子自旋，以保持其量子状态。我们在工作中展示了数百个微秒，但实际上，现在我们已经进入了这个系统，知道更长的相干时间是可以实现的。对于量子点中的自旋，短的相干时间是应用的最大障碍，而这一发现为这一问题提供了一个清晰而简单的解决方案。"

在首次探索百微秒时间尺度的同时，研究人员惊喜地发现，电子只看到来自原子核的噪声，而不是其它，比如说设备中的电噪声。这确实是一个很好的位置，因为核组合是一个孤立的量子系统，而相干电子将是通向大型核自旋组合中的量子现象的一个通道。

另一件令研究人员惊讶的事情是，从核子中拾取的"声音"并不像最初预计的那样和谐，而且通过进一步的材料工程，该系统的量子一致性还有进一步提高的空间。

"当我们开始使用这项工作中采用的晶格匹配的材料系统时，获得具有明确属性和良好光学质量的量子点并不容易。"--林茨大学这篇论文的共同作者Armando Rastelli说。"看到最初由好奇心驱动的关于一个相当"奇特"的系统的研究路线和熟练的团队成员Santanu Manna和Saimon Covre da Silva的坚持不懈带来了这些壮观结果的基础设备，这是非常有益的。现在我们知道了我们的纳米结构有什么用处，而且我们对与我们的合作者一起进一步设计其特性的前景感到兴奋。"

"这项研究最令人兴奋的事情之一是驯服一个复杂的量子系统：十万个核与一个控制良好的电子自旋强烈耦合，"卡文迪什大学博士生Leon Zaporski--该论文的第一作者解释说。"大多数研究人员通过消除所有的相互作用来解决将量子比特与噪声隔离的问题。他们的量子比特变得有点像镇静的薛定谔的猫，对任何人拉他们的尾巴都几乎没有反应。而我们的'猫'服用了强烈的刺激剂，这意味着我们观察它时有更多的乐趣。"

"量子点现在结合了高光子量子效率和长自旋相干时间"，本论文的共同作者Mete Atatüre教授解释说。"在不久的将来，我们设想这些设备能够为全光子量子计算创造纠缠光态，并允许对核自旋集合进行基础性的量子控制实验。"