長(zhǎng)期以來(lái)，量子計(jì)算機(jī)被視為科技領(lǐng)域的“未來(lái)之星”，其并行計(jì)算能力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。然而，一個(gè)難以突破的瓶頸始終橫亙?cè)谇啊孔颖忍乇仨氃诮咏^對(duì)零度（-273.15°C）的極端低溫下運(yùn)行，否則其脆弱的量子疊加態(tài)會(huì)因環(huán)境擾動(dòng)而崩潰。這一限制讓量子計(jì)算機(jī)始終停留在實(shí)驗(yàn)室階段，難以走向?qū)嶋H應(yīng)用。如今，一項(xiàng)來(lái)自佐治亞理工學(xué)院和阿拉巴馬大學(xué)的研究成果，可能為這一困境帶來(lái)轉(zhuǎn)機(jī)。z9D28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

研究團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)材料》期刊上發(fā)表的論文中，介紹了一種新型聚合物材料。這種材料以“共軛聚合物”為基礎(chǔ)，通過(guò)分子層面的精妙設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在室溫（約25°C）下穩(wěn)定存儲(chǔ)和操控量子比特信息的能力。這一突破意味著，量子計(jì)算機(jī)或許無(wú)需再依賴龐大的制冷設(shè)備，未來(lái)有望像普通電子設(shè)備一樣，在常規(guī)環(huán)境中運(yùn)行。z9D28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

量子比特的“疊加態(tài)”是其核心優(yōu)勢(shì)，但也是其最大弱點(diǎn)。這種狀態(tài)允許量子比特同時(shí)表示“0”和“1”，從而大幅提升計(jì)算效率。然而，任何微小的溫度波動(dòng)或電磁干擾，都會(huì)導(dǎo)致量子比特“退相干”，即失去疊加態(tài)，計(jì)算結(jié)果也隨之失效。傳統(tǒng)解決方案是將量子比特嵌入金剛石或碳化硅等無(wú)機(jī)晶體的“氮空位中心”中，利用晶格結(jié)構(gòu)隔離外界噪聲。但這種方法仍需極低溫環(huán)境，且材料成本高昂，難以大規(guī)模應(yīng)用。z9D28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，將目光投向了有機(jī)聚合物。這類(lèi)材料通常柔軟易加工，但分子間的相互作用容易引發(fā)噪聲，加速退相干。為了克服這一難題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種“供體-受體（DA）型”聚合物結(jié)構(gòu)。供體單元選用“二噻吩并噻唑”，受體單元選用“噻二唑并喹喔啉”，兩者交替連接，形成電子自由流動(dòng)的通道。這種結(jié)構(gòu)模擬了金剛石NV中心的電子特性，為量子比特的自旋狀態(tài)提供了穩(wěn)定基礎(chǔ)。z9D28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了電子順磁共振（EPR）波譜實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，在室溫下，聚合物的自旋晶格弛豫時(shí)間（T1，代表量子比特壽命）約為44微秒，相位記憶時(shí)間（Tm，代表相干時(shí)間）約為0.3微秒。雖然這一相干時(shí)間仍需提升，但已超過(guò)許多合成分子基材料，且是在固態(tài)下單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的，無(wú)需稀釋在特殊基質(zhì)中。團(tuán)隊(duì)還通過(guò)微波脈沖實(shí)驗(yàn)觀察到了“拉比振蕩”，證明了量子比特狀態(tài)可被外部輻射自由操控，為量子門(mén)操作奠定了基礎(chǔ)。z9D28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

除了量子計(jì)算，這種聚合物還展現(xiàn)出其他潛力。實(shí)驗(yàn)表明，它可作為p型半導(dǎo)體，并穩(wěn)定用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），空穴遷移率達(dá)到有機(jī)半導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)值。這意味著，傳統(tǒng)硅基電子電路與基于自旋的量子功能可能集成在同一材料中，為混合設(shè)備開(kāi)發(fā)提供新思路。電子自旋對(duì)磁場(chǎng)的高度敏感性，使其可用于制造室溫下運(yùn)行的高靈敏度傳感器，應(yīng)用于醫(yī)療診斷或化學(xué)反應(yīng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。z9D28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

盡管這一成果為量子技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室指明了方向，但挑戰(zhàn)依然存在。當(dāng)前室溫下的相干時(shí)間仍需提升數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，才能實(shí)現(xiàn)有意義的量子計(jì)算。研究團(tuán)隊(duì)承認(rèn)，電子自旋間的相互作用是限制因素之一，未來(lái)將通過(guò)優(yōu)化供體-受體組合和分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步延長(zhǎng)相干時(shí)間。不過(guò)，這項(xiàng)研究的意義已不容忽視——它首次證明，通過(guò)化學(xué)設(shè)計(jì)，量子相干性可在常溫常壓下“嵌入”固體材料，為量子計(jì)算機(jī)的實(shí)用化開(kāi)辟了新路徑。z9D28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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