科学家发现：振动的原子可以所制造出强大的量子比特

近日，普林斯顿大学的物理学家注意到了一种原先凝聚态比特或称作“qubit”，其形式是被称作费米子（fermions）的滑动氢原子对。他们注意到，当成对的费米子被蒸发并逃过一劫在一个光学仪器固体中会时，这些带电粒子可以同时以两种稳定状态发挥作用，这是一种被称作复合的无聊凝聚态现象。在这种情况下，氢原子保持稳定两种滑动稳定状态的复合，在这种稳定状态下，这对氢原子彼此间前倾，同时也连动前倾。

学术研究小组很难在数百对滑动的费米子中会间保持稳定这种复合稳定状态。通过这样继续做，他们借助了一个原先“凝聚态寄存器”或凝聚态位控制系统，该控制系统在相对较长的时间内似乎是稳健的。这项学术研究表明，这种不稳定的凝聚态比特上半年视为未来凝聚态数值机的基础。

一个凝聚态比特代表了凝聚态数值的一个也就是说其单位。当今数值机中会的经典比特从0或1两种稳定状态中会的一种开始连动进行一系列的逻辑运算，而凝聚态比特可以发挥作用于两种稳定状态的复合之外会。在这种错综复杂的中会间稳定状态下，一个凝聚态比特应当很难同时与许多其他凝聚态比特因特网，并一次处理多个信息流，以快速解决传统数值机需要数年才能处理的情况。

普林斯顿大学小组的新凝聚态比特似乎非常弱小，即使在环境噪音中会，也很难保持稳定两种滑动稳定状态中会间的复合断断续续10秒。该小组视为，这样可以使原先滑动凝聚态比特连动进行短暂的交互，并不太可能在眨眼中会间连动进行数万次操控。

这项学术研究的新注意到是偶然获得的。以前小组正学术研究氢原子在超冷、超低密度下的行为。当氢原子蒸发到星际空间百万分之一的温度，并以液体百万分之一的密度隔离时，就会出现凝聚态现象和原先气态稳定状态。

在这些极端条件下，小组学术研究费米子的行为。费米子在技术上被定义为任何很强奇数半个数自旋的带电粒子，如中会子、质子和磁性。实际上，这意味着费米子其本质上是多溃烂的。很难两个相异的费米子可以夺取相异的凝聚态态——这一特性被称作泡利举例原理（Pauli exclusion principle）。例如，如果一个费米子滑动起来，另一个只能滑动下来。

小组在学术研究钾40的费米子氢原子。他们将犹如费米子蒸发到100特开尔文，并适用高功率控制系统生成一个光学仪器固体来捕获氢原子。他们调整了条件，使固体中会的每个井都能捕获一对费米子。原先，他们观察到在某些条件下，每对费米子似乎连动飘移，就像单个分子一样。

为了实质性冒险这种滑动稳定状态，他们给每个费米子对踢了一脚，然后拍摄了固体中会氢原子的发光图表，并注意到每隔短暂，固体中会的大多数正方形都会变暗，这反映出分子中会结合的对。但是当他们此后对控制系统连动进行成像时，氢原子似乎以周期性的作法再一出现，表明这些氢原子对在两个凝聚态滑动稳定状态中会间振荡。

经过实质性的成像和数值，物理学家证实，费米子对保持稳定两种滑动稳定状态的复合，同时朋友们飘移，就像两个钟摆连动前倾，但也出现相对或彼此间对抗。

学术研究人员视为，为了适用滑动凝聚态比特制造功能性凝聚态数值机，还只能找到遏制单个费米子对的方法——物理学家已经离解决这个情况更近一步。但是，更大的挑战将是找到一种让单个凝聚态比特彼此间因特网的作法。

题为Quantum register of fermion pairs的相关学术研究学术著作发表在《自然》上。

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