科学家从钻石晶体中创造动态对称性以改进量子计算的量子比特

近日，来自麻省理工大学的一支科研团队开发出了一种控制和测量钻石晶体中能量水平的新方法，可以改善量子计算机中的量子比特。物理学家和工程师长期以来一直对创造新的物质形式感兴趣，尤其是那些通常在自然界中找不到的物质。麻省理工学院最近的工作既创造了新的量子系统，具备量子特性，而且展示了动态对称性--特定类型的行为周期性地重复，就像通过时间折叠和反射的形状。

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核科学与工程系教授 Paola Cappellaro 实验室的研究生李昌浩（Changhao Li，音译）说：“我们需要解决两个问题。第一个问题是，我们需要设计这样一个系统。其次，我们如何表征它？我们如何观察这种对称性？”

具体来说，这个量子系统由一个直径约为 1 毫米的钻石晶体组成。该晶体包含许多由晶格中的一个缺口旁边的氮原子引起的不完美--一个所谓的氮空穴中心。就像电子一样，每个中心都有一个叫做自旋的量子属性，有两个离散的能级。因为该系统是一个量子系统，自旋不仅可以在其中一个能级中找到，也可以在两个能级的组合中找到，就像薛定谔的理论猫，它可以同时是活的，也可以是死的。

该系统的能量水平由其哈密尔顿定义，研究人员通过微波控制对其周期性时间依赖性进行了设计。如果系统的哈密顿不仅在每个时间段t之后是相同的，而且在例如每个t/2或t/3之后也是相同的，就像把一张纸折成两半或三折，没有任何部分伸出来，那么该系统就被称为具有动态对称性。乔治-恩格尔哈特（Georg Engelhardt）是北京计算科学研究所的博士后，他没有参与这项工作，但他自己的理论工作是一个基础，他把这种对称性比作吉他谐波，在这种情况下，一根弦可能在100赫兹和50赫兹的频率下振动。

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