超导量子比特寿命突破500微秒——虽为人间一刹，却是意义非凡｜返朴

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导读
续0.0005秒！
近日，在中关村论坛上北京量子信息科学研究院发布了最新成果长寿命超导量子比特芯片，成功使超导量子比特退相干时间达到503微秒，创造了新的世界纪录。有趣的是，因为该成果标题中写着“长寿命” ，一些公众饶有兴趣地上前询问，以为可以通过量子技术延年益寿。量子比特的“寿命”即量子退相干时间，如何保持量子相干性是目前研制量子计算机的关键问题之一，国际竞争激烈。本文用通俗的语言介绍超导量子比特，以及与“寿命”相关的问题。我们应该了解，在量子计算基础研究和工程化方面，仍有很长的路要走。
撰文|无邪
近日， 2021中关村论坛上发布了一项成果，其名曰“长寿命超导量子比特芯片” 。这个成果将超导量子比特的寿命提升到了500微秒以上，成为目前国际上经同行认可的最高记录。（当数据在arXiv上公开的同时， IBM的量子计算负责人Gambetta也在推特上发了一张图，显示它们的量子比特寿命已经达到了1毫秒以上。以IBM及其量子计算团队的信誉，这个数据应该是真实的，不过此后他们再也没有公布任何细节和更多的数据。由此可见，推特不仅能治国。）

图1.2021年度中关村论坛，长寿命超导量子比特芯片作为重大成果之一发布
该成果在论坛（科博会）上展出的时候，引起了很多媒体和公众的关注。期间我们发现一个很有意思的事情，不少老年人上前来问：这个成果真的能延长寿命吗？这个问题真真是不好回答，让这些满怀希望的老人失望而归，心有不忍，但真的不能误导他们啊！有鉴于不少人将关注点放到了“长寿命”上，我觉得有必要解释一下：量子比特的寿命，和人的寿命，的确是两回事。想延年益寿，留恋人间的美好，或许是人入晚年的一个普遍心态。其实有很多科学家在努力攻克这些难关，但真的不是我们这些做量子技术的人所能解决的，还请长辈们移步生物学、医学和健康相关的展区，或许他们能给出更满意的回答。当然，也顺便要提醒一下长寿心切的长辈们，以科学之态度审视科学，切勿被动机不纯的敛财奸商所利用，被伪科学所忽悠。
超导量子比特：
构建于宏观量子态之上的量子比特
我在《返朴》的上一篇文章《当量子计算遇上超导：一场美丽的邂逅》中，谈到过采用超导器件来构建量子比特的奇妙之处。建造一台强大的量子计算机，注定是一场史诗级的科技大冒险，它必将是人类伟大探索精神的最美注脚之一。二十年之后人们再来回顾这场历程时，或唏嘘一场，或惊心动魄，无论如何，作为其中的亲历者，其内心一定别有一番滋味。也许等我退休之后（如果我能熬到那天的话），我会写一本回忆录，应该会很有意思。
在这场远征中，目前已经有好几支队伍冲锋在前，另外还有些队伍整装待发。且不去想最终哪支队伍能登顶摘取“圣杯” ，仅就目前的发展形势和近期趋势来看，超导量子计算无疑是走在最前面的。作为一种固态量子器件，其最大的特点是可设计（我一直找不到一个特别贴切的词来表述“engineering”的准确意思，姑且用设计吧）、易耦合。
这两个特点都是与自然原子或其他自然粒子相反的。以原子为例，它的内部结构是固定的，几乎不可能去人为地“塑造”它们，因此它们往往是非常稳定的。除了那些具有放射性的元素以外，绝大部分原子几乎是亘古不变的，存在于我们身体里的原子，或许在一亿年前存在于某条恐龙的身体里。这些特点让自然原子天然地具有很长的“寿命” ，而与之相对的，就是它们很难耦合。倘若我们站在一个原子的视角看这个世界，正如同我们站在地球上看浩淼的宇宙——一个星球悬浮在那里，孤独而美丽。偶尔有个别天外之物光临，也瞬间化作流星，消失无踪。对于一个如此稳定的量子体系，你会发现，它看上去很美，你却束手无策（难以操控和测量）！这的确是我们在面对自然原子时所面临的困境，直到21世纪腔量子电动力学（CavityQED）的发展，才终于找到操控和测量单个原子中量子态的手段，为此两位科学家SergeHaroche和DavidJ.Wineland共享了2012年诺贝尔物理学奖，以表彰他们“突破性的实验方法，使测量和操作单个量子系统成为可能。 ”