日本理化学研究所实现更快在量子计算机中重设量子比特的技术

传统的计算机处理存储为比特的信息，这些比特的值为0或1。量子计算机的潜在力量在于其处理"量子比特"的能力，这些比特可以同时取值为0或1，或者是两者的某种模糊混合。

理化学研究所量子计算中心的量子物理学家Jaw Shen Tsai说："然而，为了重复使用同一电路进行多次操作，你必须迫使量子比特快速回到零。但这说起来容易，做起来难。"

容纳量子比特的稀释冰箱的照片。

目前对由微小超导体构建的量子比特进行重设的最佳方法之一是将量子比特与一个光子--一种光的粒子--在一个称为谐振器的微小装置中联系起来。该量子位将其能量转移到谐振器上，之后谐振器中的光子会衰减，将其能量释放到环境中。这个过程会使量子比特的状态回落到基态（零）。这种方法的麻烦在于，与衰变的光子的永久纠缠会迅速降低量子位的质量，因此它很快就不再对未来的操作有用。这对量子比特很不利，它的寿命会因此变得很短。

现在，Tsai和他在理化学研究所的同事Teruaki Yoshioka设计了一个模拟，以帮助找到一种更好的重置量子比特的方法，而不伤害它。

基于他们的计算，这对夫妇提议建立一个共振器，该共振器可以使用一个额外的结进行控制，该结是由超导材料与绝缘体、普通金属、另一个绝缘体和另一个超导体夹在一起制成的。这个分层结通过施加一个电压来控制。在进行量子比特操作时，设置被调整，以便光子不能衰变。只有当操作完成后，物理学家才会改变电压，让光子释放能量。"这种可调节的谐振器是我们提案的关键，"Tsai说。

Jaw Shen Tsai（第二排，左五）和他领导的团队。与Teruaki Yoshioka（第二排，右一）一起，Tsai设计了一种新技术，用于快速重置量子比特而不损坏它们。

目前实验室重置一个量子比特的最佳记录是280纳秒，保真度为99.0%。"Yoshioka说："我们的模拟表明，我们可以在80纳秒内重置量子比特，保真度达到99.0%。

该团队现在正在测试这个装置，它使用一个稀释冰箱保持在低温下，并取得了令人鼓舞的结果。如果能在量子电路中实现这个装置，它应该是非常有用的。